KR102256300B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

엔진 스타터에 접속되는 한 쌍의 외부 단자를 갖는 배터리 팩이 제공된다. 상기 배터리 팩은 배터리, 센싱부, 제어부 및 자가 방전부를 포함한다. 상기 배터리는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 접속되는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 상기 센싱부는 상기 배터리의 온도를 감지한다. 상기 제어부는 상기 배터리 팩을 이용한 시동의 시도를 감지하면, 상기 배터리의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 출력한다. 상기 자가 방전부는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 상기 배터리와 병렬로 접속되고, 상기 자가 방전 신호에 응답하여 상기 배터리를 자가 방전시킨다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 엔진 시동용 배터리 팩 및 이를 포함하는 운송 장치에 관한 것이다.
2차 전지(secondary cell)는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 방출하고, 이와 반대로 전기 에너지를 공급받으면 이를 화학 에너지의 형태로 다시 저장할 수 있는 전지, 즉, 충전과 방전을 교대로 반복할 수 있는 전지를 의미한다.
자동차나 오토바이와 같은 운송 장치는 엔진을 이용하여 기계적 에너지를 생성한다. 운송수단을 동작시키기 위해서는 엔진에 시동을 걸어야 하며, 이때 전기 에너지가 사용된다. 종래에는 엔진 시동을 위해 납 축전지가 사용되었지만, 납 축전지는 무겁고 부피가 크다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여, 리튬-이온 전지와 같은 2차 전지를 시동용 배터리로 사용하려는 시도가 있지만, 겨울철에 시동이 잘 걸리지 않는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 저온에서도 안정적으로 동작하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 배터리 팩은 엔진 스타터에 접속되는 한 쌍의 외부 단자를 갖는다. 배터리 팩은 배터리, 센싱부, 제어부 및 자가 방전부를 포함한다. 상기 배터리는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 접속되는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 상기 센싱부는 상기 배터리의 온도를 감지한다. 상기 제어부는 상기 배터리 팩을 이용한 시동의 시도를 감지하면, 상기 배터리의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 출력한다. 상기 자가 방전부는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 상기 배터리와 병렬로 접속되고, 상기 자가 방전 신호에 응답하여 상기 배터리를 자가 방전시킨다.
상기 배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 센싱부는 상기 배터리의 전류를 더 감지할 수 있다. 상기 제어부는 상기 배터리의 전류가 기준 전류값보다 높아지면 상기 시동의 시도가 이루어졌음을 감지할 수 있다.
상기 배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 센싱부는 상기 배터리의 전압 및 전류를 더 감지할 수 있다. 상기 제어부는 상기 배터리의 전류가 기준 전류값보다 높아질 때 상기 배터리의 전압이 기준 전압값보다 낮아지면 상기 시동의 시도가 이루어졌지만 상기 시동에 실패하였음을 감지할 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 기준 전류값보다 높은 상기 배터리의 전류를 통해 상기 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하는 단계, 상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류값보다 높아질 때 상기 기준 전압값보다 낮은 상기 배터리의 전압을 통해 상기 시동의 시도가 실패하였음을 감지하는 단계, 상기 기준 전류값보다 낮아진 상기 배터리의 전류를 통해 상기 시동의 시도가 종료하였음을 감지하는 단계, 상기 배터리의 온도를 상기 기준 온도값과 비교하는 단계, 및 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 상기 배터리를 자가 방전시키기 위해 상기 자가 방전부에 상기 자가 방전 신호를 출력하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 센싱부는 상기 배터리의 전압 및 전류를 더 감지할 수 있다. 상기 제어부는 상기 배터리의 전류가 기준 전류값보다 높아졌다가 상기 기준 전류값보다 낮아지는 것을 통해 상기 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하는 단계, 상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류값보다 높아지기 전의 상기 배터리의 제1 전압과 상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류값보다 낮아진 후의 상기 배터리의 제2 전압을 비교하여 상기 시동의 시도가 성공하였는지를 판단하는 단계, 상기 제2 전압이 상기 제1 전압보다 낮으면, 상기 시동의 시도가 실패하였다고 결정하는 단계, 상기 배터리의 온도를 상기 기준 온도값과 비교하는 단계, 및 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 상기 배터리를 자가 방전시키기 위해 상기 자가 방전부에 상기 자가 방전 신호를 출력하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 자가 방전 신호를 출력하는 동안 상기 배터리의 온도를 감지하고, 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 높아지면 상기 자가 방전 신호의 출력을 중지할 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 자가 방전 신호의 출력을 시작한 후, 상기 기준 온도값과 비교된 상기 배터리의 초기 온도를 기초로 미리 결정된 시간이 경과한 후에 상기 자가 방전 신호의 출력을 중지할 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 배터리는 상기 미리 결정된 시간 동안 이루어지는 자가 방전에 의하여 발열하며, 상기 배터리의 온도는 상기 미리 결정된 시간이 경과한 후에 상기 기준 온도값과 동일하거나 상기 기준 온도값보다 높아질 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 배터리의 초기 온도에 따른 상기 자가 방전 신호의 출력 기간에 대한 정보를 저장할 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 자가 방전부는 상기 자가 방전 신호에 응답하여 상기 한 쌍의 외부 단자를 서로 전기적으로 접속하는 자가 방전 스위치를 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩의 또 다른 예에 따르면, 상기 자가 방전부는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 직렬로 연결되는 자가 방전 스위치 및 자가 방전 저항을 포함할 수 있다. 상기 자가 방전 스위치는 상기 자가 방전 신호에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 배터리 팩은 엔진 스타터에 접속되는 한 쌍의 외부 단자 및 신호 단자를 갖는다. 상기 배터리 팩은 배터리, 센싱부, 제어부 및 자가 방전부를 포함한다. 상기 배터리는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 접속되는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 상기 센싱부는 상기 배터리의 온도를 감지한다. 상기 제어부는 상기 신호 단자를 통해 외부로부터 시동 준비 신호를 수신하면, 상기 배터리의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 출력한다. 상기 자가 방전부는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 상기 배터리와 병렬로 접속되고, 상기 자가 방전 신호에 응답하여 상기 배터리를 자가 방전시킨다.
상기 배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 높아지면 상기 자가 방전 신호의 출력을 중지할 수 있다.
상기 배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 자가 방전부는 상기 자가 방전 신호에 응답하여 상기 한 쌍의 외부 단자를 서로 전기적으로 접속하는 자가 방전 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 운송 장치는 상기 배터리 팩, 상기 배터리 팩에 접속된 엔진 스타터, 및 상기 엔진 스타터에 의해 동작을 시작하는 엔진을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 저온에서도 자가 방전을 통해 배터리의 온도를 높일 수 있기 때문에, 저온 환경에서도 엔진에 시동을 걸 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 운송 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 운송 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 자가 방전부의 개략적인 구성들을 예시적으로 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 동작 방법에 따른 배터리의 전압, 전류, 및 온도를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 운송 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 운송 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 운송 장치(1000)는 배터리 팩(100), 엔진 스타터(110), 발전 모듈(120), 엔진(130) 및 전기 부하(140)를 포함한다.
운송 장치(1000)는 자동차나 오토바이와 같이 엔진(130)이 생성하는 기계적 에너지를 이용하여 사람이나 화물을 운송하기 위한 장치이다.
배터리 팩(100)은 발전 모듈(120)로부터 전류를 공급받아 전기 에너지를 저장하고, 엔진 스타터(110) 및 전기 부하(140)에 전기 에너지를 공급한다. 배터리 팩(1000)은 리튬-이온 전지를 포함할 수 있다. 리튬-이온 전지는 동일 충전 용량의 납 축전지에 비해 무게가 가볍고 부피가 작다. 따라서, 운송 장치(1000)의 연비가 개선되고 탑재 공간이 절약될 수 있다. 그러나, 리튬-이온 전지는 온도가 낮아질수록 내부 저항이 높아지는 특성을 갖는다. 그 결과, 영하와 같이 낮은 온도에서 높은 내부 저항으로 인하여 리튬-이온 전지의 출력 전압이 낮아지며, 심지어 엔진(130)의 시동이 불가능할 정도로 출력 전압이 낮아질 수 있다. 리튬-이온 전지를 포함하는 배터리 팩(100)은 방전 시에 자체적으로 발열하는 특성을 갖는다. 일 실시예에 따르면, 배터리 팩(100)을 자가 방전시킴으로써, 저온 환경에서도 배터리 팩(100)을 이용하여 엔진(130)에 정상적으로 시동이 걸릴 수 있다. 배터리 팩(100)은 도 2를 참조하여 아래에서 더욱 자세히 설명된다.
엔진(130)은 연료를 연소시켜 발생된 열 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 장치이다. 엔진(130)에 의해 생성된 기계적 에너지는 휠로 전달되며, 운송 장치(1000)는 움직이게 된다. 엔진(130)의 기계적 에너지는 구동 축이나 체인을 통해 휠로 전달될 수 있다.
엔진 스타터(110)는 엔진(130)이 자체적으로 동작할 수 있도록 엔진(130)의 크랭크 축에 초기 회전 에너지를 제공한다. 엔진 스타터(110)는 스타트 모터로 지칭될 수 있다. 엔진 스타터(110)는 전기 에너지를 이용하여 회전 에너지를 생성해야 하므로 상당히 큰 전류, 예컨대, 50A 내지 500A를 필요로 한다. 이 전류는 배터리 팩(100)으로부터 공급된다. 엔진(130)에 시동을 건 후에는 엔진 스타터(110)에 더 이상 전류가 공급되지 않는다.
발전 모듈(120)은 엔진(130)에 의해 생성된 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 배터리 팩(100)을 충전하거나 전기 부하(140)에 공급한다.
전기 부하(140)는 운송 장치(1000) 내에서 전기 에너지를 소모하는 부하이다. 전기 부하(140)는 예컨대 운송 장치(1000)의 제어 장치, 네비게이션, 오디오, 조명등, 차량용 블랙 박스, 도단 방지 장치 등 다양한 종류의 전자 장치일 수 있다. 전기 부하(140)를 이루는 구성의 개수 및 종류는 자동차의 구체적인 구현 예에 따라 달라질 수 있다. 전기 부하(140)에서 사용하는 전력은 배터리 팩(100)에 의해 제공될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(100)은 한 쌍의 외부 단자(101, 102)를 갖는다. 제1 외부 단자(101)는 배터리 팩(100)의 양극 단자이고, 제2 외부 단자(102)는 배터리 팩의 음극 단자일 수 있다. 배터리 팩(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 외부 단자들(101, 102)을 통해 엔진 스타터(도 1의 110)에 접속될 수 있다. 배터리 팩(100)은 시동 시에 엔진 스타터(110)에 상당히 큰 전류를 공급한다. 배터리 팩(100)은 배터리(10), 센싱부(30), 제어부(40), 및 자가 방전부(50)를 포함한다.
배터리(10)는 전력을 저장하는 부분으로써 한 쌍의 외부 단자(101, 102) 사이에 접속되며 적어도 하나의 배터리 셀(11)을 포함한다. 도 2에는 예시적으로 4개의 배터리 셀(11)이 배터리(10)에 포함되는 것으로 도시되어 있지만, 배터리(10)는 다른 개수의 배터리 셀들(11)을 포함할 수 있다. 배터리 셀들(11)은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(10)에 포함되는 배터리 셀들(11)의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량, 및 배터리 셀(11)의 종류에 따라서 결정될 수 있다.
배터리 셀(11)은 충전가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(11)은 리튬-이온 전지(lithium ion battery)를 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 배터리 셀(11)은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있다.
배터리 셀(11)은 전압을 출력하는 전압원과 이 전압원에 연결되는 내부 저항을 포함하는 것으로 모델링될 수 있다. 배터리 셀(11)이 예컨대 리튬-이온 전지로 이루어지는 경우, 배터리 셀(11)의 온도에 따라 내부 저항이 달라지게 된다. 예컨대, 배터리 셀(11)의 온도가 낮을수록 내부 저항은 커진다. 따라서, 배터리 셀(11)의 양극과 음극 사이에 일정한 저항값을 갖는 전기적 부하가 연결되는 경우, 배터리 셀(11)의 온도가 낮을수록 배터리 셀(11)의 내부 저항에 의해 강하되는 전압이 커지고 상기 전기적 부하에 인가되는 전압은 낮아지게 된다. 그 결과, 전기적 부하가 동작하는데 필요한 전압 레벨보다 낮은 전압이 인가됨에 따라 전기적 부하는 정상적으로 동작할 수 없게 된다.
예컨대, 전기적 부하가 엔진 스타터(110)인 경우, 배터리 셀(11)의 온도가 낮으며 엔진 스타터(110)가 요구하는 전압 레벨보다 낮은 전압이 엔진 스타터(110)에 인가됨에 따라 엔진 스타터(110)에 연결된 엔진(130)에 시동이 걸리지 않을 수 있다. 예를 들면, 배터리 팩(100)은 시동용 배터리 팩일 수 있으며, 정격 전압은 12V일 수 있다. 엔진 스타터(110)가 정상적으로 동작하기 위해서는 적어도 8V의 전압이 인가되어야 할 수 있다. 배터리 팩(100)의 온도가 낮을 경우, 예컨대, 영하의 온도일 수 경우, 배터리 팩(100)의 출력 전압은 8V보다 낮을 수 있으며, 이 배터리 팩(100)에 연결된 엔진 스타터(110)는 엔진(130)에 시동을 걸 수 있는 회전 에너지를 생성하지 못하여 엔진(130)은 시동에 실패할 수 있다.
배터리 팩(100)은 보호 회로(20)를 포함한다. 보호 회로(20)는 배터리(10)를 관리하고 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 보호 회로(20)는 배터리(10)의 전압, 온도 및 전류 등을 감지하는 센싱부(30)를 포함할 수 있다. 보호 회로(20)는 배터리(10)에 저전압, 고전압, 과전류, 고온 등과 같은 이상 상황이 발생하면, 이를 감지하여 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 제어하는 제어부(40)를 포함할 수 있다. 제어부(40)는 센싱부(30)에 의해 감지된 셀 전압, 온도 및 전류 등을 기초로 배터리(10) 또는 배터리 셀(11)의 충전 상태(SOC, state of charge) 또는 건강 상태(SOH, state of health)를 결정하고, 센싱부(30)에 의해 감지된 셀 전압들을 기초로 배터리 셀들(11)에 대하여 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 보호 회로(20)는 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit) 또는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)으로 지칭될 수 있다.
센싱부(30)는 배터리(10)의 출력 전압을 감지하는 전압 센싱부(31), 배터리(10)의 온도를 감지하는 온도 센싱부(32), 및 배터리(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 감지하는 전류 센싱부(33)를 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 배터리(10)의 출력 전압, 온도 및 전류 등을 감지하기 위한 전압 센서, 온도 센서(62) 및 전류 센서(63) 등을 포함할 수 있다. 전압 센싱부(31)는 배터리 셀들(11) 각각의 셀 전압을 감지할 수 있다.
제어부(40)는 배터리 팩(100)을 이용한 시동의 시도를 감지하면, 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 출력한다. 제어부(40)는 논리 회로(41) 및 자가 방전 구동부(42)를 포함한다. 논리 회로(41)는 센싱부(30)로부터 감지된 배터리(10)의 전압, 온도 및 전류를 기초로 시동의 시도를 감지하고, 배터리(10)의 온도를 기초로 자가 방전 신호의 출력 여부를 결정한다. 자가 방전 구동부(42)는 논리 회로(41)의 제어에 따라 자가 방전 신호를 출력한다.
제어부(40)는 충전 스위치(71)를 제어하는 충전 스위치 구동부(43) 및 방전 스위치(73)를 제어하는 방전 스위치 구동부(44)를 포함한다. 충전 스위치 구동부(43) 및 방전 스위치 구동부(44)는 논리 회로(41)의 제어에 따라 충전 스위치(71) 및 방전 스위치(73)를 제어한다. 배터리 팩(100)은 배터리(10)와 외부 단자들 중 하나, 예컨대, 도 2에서 외부 단자(101) 사이에 직렬로 연결되는 충전 스위치(71) 및 방전 스위치(73)를 포함한다. 도 2에서 충전 스위치(71)와 방전 스위치(73)가 배터리(10)의 양극과 외부 단자(101) 사이에 연결되는 것으로 도시되었지만, 충전 스위치(71)와 방전 스위치(72)는 배터리(10)의 음극과 외부 단자(102) 사이에 연결될 수도 있다. 배터리 팩(100)은 충전 스위치(71)와 병렬로 연결되는 제1 다이오드(72) 및 방전 스위치(72)와 병렬로 연결되는 제2 다이오드(74)를 포함할 수 있다.
제어부(40)는 충전 동작 동안 배터리 팩(100)에 이상이 있는 경우, 예컨대, 배터리(10)의 전압이 과충전 기준 전압보다 높을 경우, 충전 스위치(71)를 개방하도록 충전 스위치 구동부(43)를 제어할 수 있다. 제어부(40)는 방전 동작 동안 배터리 팩에 이상이 있는 경우, 예컨대, 배터리(10)의 전압이 과방전 기준 전압보다 낮을 경우, 방전 스위치(73)를 개방하도록 방전 스위치 구동부(44)를 제어할 수 있다. 제어부(40)는 배터리 팩(100)에 이상이 있는 경우, 예컨대, 배터리(10)의 온도가 고온 기준 온도보다 높을 경우, 충전 스위치(71)와 방전 스위치(73)를 모두 개방하도록 충전 스위치 구동부(43)와 방전 스위치 구동부(44)를 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 제어부(40)가 배터리 팩(100) 내의 각 구성을 모두 제어하는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 배터리 팩(100)의 상태를 모니터링 하고, 충전 스위치(71) 및 방전 스위치(73)의 동작을 제어하는 아날로그 프론트 엔드(미 도시)를 더 포함하고, 제어부(40)가 아날로그 프론트 엔드를 제어하도록 구성할 수도 있다. 아날로그 프론트 엔드는 센싱부(30)를 포함할 수 있다.
자가 방전부(50)는 한 쌍의 외부 단자(101, 102) 사이에 배터리(10)와 병렬로 접속되고, 제어부(40)로부터 출력되는 자가 방전 신호에 응답하여 배터리(10)를 자가 방전시킨다. 자가 방전부(50)는 자가 방전 신호에 응답하여 외부 단자들(101, 102)을 서로 접속시킴으로써 폐회로를 형성할 수 있다. 배터리(10)는 자가 방전부(50)를 포함하는 폐회로를 통해 방전하게 된다. 자가 방전부(50)에 저항 성분이 없다고 가정할 경우, 배터리(10)로부터 방출되는 전기 에너지는 대부분 배터리(10)의 내부 저항에 의해 소모되며, 배터리(10)는 발열하게 된다. 따라서, 배터리(10)의 온도는 높아지고, 앞에서 전술한 바와 같이, 배터리(10)의 내부 저항은 낮아진다. 배터리(10)의 온도는 기준 온도값보다 높아지고, 배터리(10)의 내부 저항은 낮아지므로, 배터리(10)는 시동이 이루어질 수 있는 전압을 출력할 수 있게 된다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 자가 방전부의 개략적인 구성들을 예시적으로 도시한다.
도 3a를 참조하면, 자가 방전부(50a)는 제어부(40)로부터 출력되는 자가 방전 신호에 의해 제어되는 자가 방전 스위치(51) 및 자가 방전 스위치(51)와 병렬로 연결되는 다이오드(52)를 포함한다. 자가 방전 스위치(51)는 FET(field effect transistor)로 구성될 수 있다. 자가 방전 스위치(51)는 자가 방전 신호가 수신되면 단락되고, 자가 방전 신호가 수신되지 않으면 개방될 수 있다. 자가 방전부(50a)는 자가 방전 스위치(51)가 단락될 경우 실질적으로 저항 성분을 갖지 않는다. 따라서, 자가 방전 스위치(51)가 단락될 경우, 배터리(10)로부터 출력되는 전기 에너지는 배터리(10)의 내부 저항에 의해 소모된다. 영하의 온도와 같이 저온의 경우, 배터리(10)의 내부 저항은 상당히 크기 때문에, 배터리(10)로부터 출력되는 전류의 크기는 시동 시에 출력되는 전류의 크기와 비슷한 수준이거나 이보다 약간 높은 수준일 수 있다.
도 3b를 참조하면, 자가 방전부(50b)는 자가 방전 스위치(51), 다이오드(52) 및 자기 방전 저항(53)을 포함한다. 자가 방전 스위치(51)와 다이오드(52)는 서로 병렬로 연결되고, 자가 방전 저항(53)은 자가 방전 스위치(51)에 직렬로 연결된다. 자가 방전 저항(53)은 자가 방전 스위치(51)가 단락될 때 배터리(10)로부터 너무 큰 전류가 방출되는 것을 방지한다. 자가 방전 저항(53)은 배터리(10)의 내부 저항과 반대로 온도가 높아질수록 저항값이 올라가는 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 자가 방전 저항(53)은 온도가 높아지면 저항값이 증가하는 정특성(Positive Temperature Coefficient, PTC) 서미스터로 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 자가 방전 스위치(51)가 단락되면, 배터리(10)는 자가 방전부(50b)를 통해 폐회로를 구성한다. 배터리(10)는 자가 방전함에 따라 발열하게 되고, 배터리(10)의 온도는 상승한다. 배터리(10)의 온도가 상승함에 따라 배터리(10)의 내부 저항은 낮아지고, 배터리(10)로부터 방출되는 전류는 점점 커지게 된다. 본 예에 따라, 자가 방전부(50b)가 정특성 서미스터로 구성된 자가 방전 저항(53)을 포함하는 경우, 배터리(10)의 온도가 상승함에 따라 자가 방전 저항(53)의 저항값도 함께 높아지기 때문에, 배터리(10)의 온도가 올라가더라도 배터리(10)로부터 방출되는 전류가 급격히 커지는 것이 방지될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 논리 회로(41)는 센싱부(30)로부터 감지된 배터리(10)의 전압, 온도 및 전류를 수신한다. 논리 회로(41)는 배터리(10)의 전압, 온도 및 전류 중 적어도 하나를 기초로 시동의 시도, 시동의 성공 여부 등을 감지할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 외부와 통신 가능하게 연결되는 신호 단자를 포함하지 않는다. 따라서, 배터리 팩(100)은 엔진의 시동이 시도되고 있다거나 엔진의 시동에 실패하였다는 정보를 수신할 수 없다. 본 예에 따르면, 논리 회로(41)는 센싱부(30)에 의해 감지된 정보를 기초로 시동에 관한 정보를 추출하고, 이를 기초로 자가 방전 구동부(42)를 통해 자가 방전부(50)를 제어할 수 있다.
일 예에 따르면, 논리 회로(41)는 센싱부(30)로부터 감지된 정보를 기초로 시동의 시도를 감지하면, 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교한다. 상기 기준 온도값은 배터리(10)로부터 출력되는 전압이 시동을 걸기에 충분한 크기를 가질 수 있는 온도로 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 기준 온도값은 25℃로 설정될 수 있다. 다른 예에 따르면, 상기 기준 온도값은 10℃ 또는 20℃로 설정될 수 있다.
논리 회로(41)는 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 자가 방전부(50)는 자가 방전 신호를 수신하고, 외부 단자들(101, 102)을 서로 연결함으로써 배터리 팩(100) 내에 폐회로를 형성하며, 배터리(10)는 자가 방전부(50)를 통해 방전하게 된다. 배터리(10)는 방전에 의해 발열하며, 배터리(10)의 온도는 기준 온도값보다 높아진다. 배터리(10)는 시동을 걸 수 있는 상태가 된다.
다른 예에 따르면, 논리 회로(41)는 센싱부(30)에 의해 감지된 배터리(10)의 방전 전류를 이용하여 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 논리 회로(41)는 배터리(10)의 방전 전류가 기준 전류값보다 높아지면, 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하도록 구성될 수 있다. 시동 시에 배터리 팩(100)은 엔진 스타터(110)에 상당히 큰 전류를 공급하며, 엔진 스타터(110)는 이 전류를 기계적 에너지로 변환하여 엔진(130)의 크랭크 축을 회전시킨다. 시동 시에 배터리 팩(100)으로부터 엔진 스타터(110)에 공급되는 전류의 크기는 엔진 스타터(110)의 사양에 따라 다르지만 대략 50A 내지 500A정도로 상당히 크다. 시동 전에는 배터리 팩(100)의 방전 전류는 시동 시의 전류만큼 크지 않다. 기준 전류값은 엔진 스타터(110)의 사양에 따라서 50A 내지 200A 사이에서 선택되는 전류값으로 설정될 수 있다. 예컨대, 기준 전류값은 100A로 설정될 수 있다.
논리 회로(41)는 배터리(10)의 방전 전류를 기준 전류값과 비교하고, 배터리(10)의 방전 전류가 기준 전류값보다 큰 경우 시동의 시도가 이루어졌음을 감지할 수 있다. 논리 회로(41)는 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮을 경우, 자가 방전부(50)에 자가 방전 신호를 출력할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 논리 회로(41)는 센싱부(30)에 의해 감지된 배터리(10)의 방전 전류 및 배터리(10)의 출력 전압을 이용하여 시동의 시도가 이루어졌는지의 여부 및 시동에 성공하였는지의 여부를 결정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 논리 회로(41)는 배터리(10)의 방전 전류가 기준 전류값보다 높아지는 순간에 배터리(10)의 출력 전압이 기준 전압값보다 낮아지면, 시동의 시도가 이루어졌으나 시동에 실패하였다고 결정할 수 있다. 기준 전압값은 엔진 스타터(110)가 정상적으로 동작할 수 있는 전압값으로 결정될 수 있다. 기준 전압값은 엔진 스타터(110)에 따라 달라질 수 있다. 기준 전압값은 예컨대 8V로 설정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 시동 시에 배터리(10)의 방전 전류는 기준 전류값보다 상숭하게 된다. 그러나, 이 때 배터리(10)의 내부 저항에 의해 배터리(10)의 출력 전압이 기준 전압값보다 낮아지면, 시동에 실패하게 된다. 논리 회로(41)는 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮을 경우, 자가 방전부(50)에 자가 방전 신호를 출력함으로써, 배터리(10)의 온도를 기준 온도값보다 상승시킬 수 있다.
또 다른 일 예에 따르면, 논리 회로(41)는 시동의 시도가 완료된 후에 자가 방전 신호를 출력할 수 있다. 논리 회로(41)는 배터리(10)의 방전 전류가 기준 전류값보다 높아졌다가 다시 기준 전류값보다 낮아지면, 시동의 시도가 완료되었다고 결정할 수 있다. 논리 회로(41)는 배터리(10)의 방전 전류가 기준 전류값보다 낮아진 후에, 자가 방전부(50)에 자가 방전 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 논리 회로(41)는 기준 전류값보다 높은 배터리(10)의 전류를 통해 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하는 단계, 배터리(10)의 전류가 기준 전류값보다 높아질 때 기준 전압값보다 낮은 배터리의 전압을 통해 시동의 시도가 실패하였음을 감지하는 단계, 기준 전류값보다 낮아진 배터리(10)의 전류를 통해 시동의 시도가 종료하였음을 감지하는 단계, 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하는 단계, 및 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮은 경우, 배터리(10)를 자가 방전시키기 위해 자가 방전부(50)에 자가 방전 신호를 출력하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 동작 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상술한 바와 같이 논리 회로(41)는 배터리(10)의 전류를 기초로 시동의 시도가 이루어졌는지의 여부를 결정할 수 있다. 논리 회로(41)는 시동의 시도 전의 배터리(10)의 전압(이하, '제1 전압'이라 함)과 시동의 시도 후의 배터리(10)의 전압(이하, '제2 전압'이라 함)을 기초로 시동의 시도가 성공하였는지의 여부를 결정할 수 있다. 엔진(130)에 시동이 걸리면, 엔진(130)은 연료를 이용하여 스스로 회전을 하게 되고, 발전 모듈(120)은 엔진(130)에 의해 생성된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리 팩(100)을 충전한다. 시동에 성공할 경우, 배터리(10)의 전압은 시동 전에 비해 시동 후에 상승하게 된다. 따라서, 시동의 시도 후의 제2 전압이 시동의 시도 전의 제1 전압보다 미리 설정된 크기(예컨대, 0.1V)보다 높다면, 논리 회로(41)는 시동에 성공한 것으로 결정할 수 있다. 그러나, 시동 후의 제2 전압이 시동 전의 제1 전압과 비슷하거나 이보다 낮다면, 논리 회로(41)는 시동에 실패한 것으로 결정할 수 있다.
예를 들면, 논리 회로(41)는 배터리(10)의 전류가 기준 전류값보다 높아졌다가 기준 전류값보다 낮아지는 것을 통해 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하는 단계, 배터리(10)의 전류가 기준 전류값보다 높아지기 전의 배터리의 제1 전압과 배터리(10)의 전류가 기준 전류값보다 낮아진 후의 배터리(10)의 제2 전압을 비교하여 시동의 시도가 성공하였는지를 판단하는 단계, 제2 전압이 제1 전압보다 낮으면, 시동의 시도가 실패하였다고 결정하는 단계, 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하는 단계, 및 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮은 경우, 배터리(10)를 자가 방전시키기 위해 자가 방전부(50)에 자가 방전 신호를 출력하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 동작 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 논리 회로(41)는 자가 방전 신호를 출력하는 시간을 결정할 수 있다. 예를 들면, 논리 회로(41)는 자가 방전 신호를 출력하는 동안 배터리(10)의 온도를 감지할 수 있다. 논리 회로(41)는 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 높아지면 자가 방전 신호의 출력을 중지할 수 있다. 예컨대, 상기 기준 온도값은 25℃로 설정될 수 있다. 다른 예에 따르면, 상기 기준 온도값은 10℃ 또는 20℃로 설정될 수 있다. 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 높이 올라가면 배터리(10)가 과열될 우려가 있지만, 본 예에 따르면, 배터리(10)가 과열되는 문제가 방지될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 논리 회로(10)는 자가 방전 신호의 출력 여부를 결정할 때 상기 기준 온도값과 비교된 배터리(10)의 초기 온도를 기초로 미리 결정된 시간 동안 자가 방전 신호를 출력할 수 있다. 상술한 바와 같이, 논리 회로(41)는 시동의 시도를 감지하면, 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하여 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮은 경우에 자가 방전 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이 때, 기준 온도값과 비교된 배터리(10)의 온도는 배터리(10)의 초기 온도로 지칭될 수 있다. 예를 들면, 논리 회로(10)는 자가 방전 신호의 출력을 시작한 후, 배터리(10)의 초기 온도를 기초로 미리 결정된 시간이 경과한 후에 자가 방전 신호의 출력을 중지할 수 있다.
논리 회로(10)는 배터리(10)의 초기 온도를 기초로 어느 정도의 시간 동안 자가 방전 신호를 출력할 때 배터리(10)의 온도가 기준 온도값만큼 상승할 것인지에 대한 정보를 가질 수 있다. 예컨대, 배터리(10)의 초기 온도가 -20℃인 경우, 자가 방전 신호는 10초 동안 출력될 수 있다. 배터리(10)의 초기 온도가 -10℃인 경우, 자가 방전 신호는 8초 동안 출력될 수 있다. 배터리(10)의 초기 온도가 0℃인 경우, 자가 방전 신호는 5초동안 출력될 수 있다. 배터리(10)의 초기 온도가 10℃인 경우, 자가 방전 신호는 3초동안 출력될 수 있다. 논리 회로(10)는 배터리(10)의 초기 온도에 따른 자가 방전 신호의 출력 기간에 대한 정보를 저장할 수 있다.
자가 방전부(50)는 자가 방전 신호에 응답하여 상기 미리 결정된 시간 동안 자가 방전을 수행하게 되며, 배터리(10)는 발열하게 되고, 배터리(10)의 온도는 상기 미리 결정된 시간이 경과한 후에 기준 온도값과 동일하거나 상기 기준 온도값보다 높아질 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 동작 방법에 따른 배터리의 전압, 전류, 및 온도를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 도 2의 배터리 팩(100)에서 자가 방전을 수행하는 방법을 설명하기 위한 배터리(10)의 전압, 전류 및 온도가 예시적으로 도시된다. 도 4에서 가장 위의 그래프는 시간에 따른 배터리(10)의 온도(Tb)를 나타낸다. 도 4에서 중간 그래프는 시간에 따른 배터리(10)의 전류(Ib)를 나타낸다. 0보다 큰 전류를 방전 전류로 가정하며, 0보다 작은 전류는 배터리(10)의 충전 전류를 나타낸다. 도 4에서 마지막 그래프는 시간에 따른 배터리(10)의 전압(Vb)을 나타낸다. 도 4의 그래프들에서, Tr, Ir, 및 Vr은 각각 기준 온도값, 기준 전압값 및 기준 전류값을 나타낸다.
제1 시간(t1)과 제2 시간(t2) 사이의 1차 시동 구간에서 1차 시동의 시도가 이루어진다. 제1 시간(t1) 이전에는 시동의 시도가 이루어지기 전이므로, 전압(Vb)과 전류(Ib)의 변화가 없으며, 온도(Tb)는 기준 온도값(Tr)보다 낮다.
제1 시간(t1)에서 사용자가 운송 장치(1000)에 시동을 시도하면, 배터리 팩(100)으로부터 상당히 큰 전류가 엔진 스타터(110)로 흐르게 된다. 그 결과, 제1 시간(t1)에 배터리(10)의 전류(Ib)는 기준 전류값(Ir)보다 커진다. 상술한 바와 같이, 온도(Tb)가 기준 온도값보다 낮기 때문에, 배터리(10)의 내부 저항이 크며, 내부 저항과 전류(Ib)의 곱에 해당하는 전압 강하로 인하여 배터리(10)의 전압은 기준 전압값(Vr)보다 낮게 떨어진다. 그 결과, 엔진 스타터(110)에는 충분한 전압이 공급되지 않으며, 시동은 성공하지 못할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 논리 회로(41)는 1차 시동 구간에서 전류(Ib)가 기준 전류값(Ir)보다 크고 전압(Vb)가 기준 전압값(Vr)보다 작다는 것을 감지하고, 시동의 시도가 실패하였다고 결정할 수 있다.
사용자는 제2 시간(t2)에 시동 장치를 원 위치할 수 있다. 예를 들면, 제2 시간(t2)은 사용자가 시동 키를 "ON" 위치로 다시 옮기거나, 시동 버튼에서 손을 떼는 시간이다. 배터리 팩(100)으로부터 엔진 스타터(110)로 흐르는 전류가 차단되므로, 전류(Ib)는 다시 0으로 낮아지고, 전압(Vr)은 다시 원래대로 상승한다. 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2) 사이의 1차 시동 구간 동안에는 배터리(10)의 내부 저항에 전류(Ib)가 흐르므로, 배터리(10)는 발열을 하게 되고, 배터리(10)의 온도(Tb)는 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이 약간 올라갈 수 있다.
일 실시예에 따르면, 논리 회로(41)는 배터리(10)의 온도(Tb)를 기준 온도값(Tr)과 비교할 수 있다. 제2 시간(t2)에서 배터리(10)의 온도(Tb)는 기준 온도값(Tr)보다 낮으므로, 논리 회로(41)는 제3 시간(t3)에 자가 방전 신호를 출력할 수 있다. 논리 회로(41)는 제3 시간(t3)과 제4 시간(t4) 사이의 자가 방전 구간 동안 자가 방전 신호를 자가 방전부(50)에 출력할 수 있다. 자가 방전부(50)는 자가 방전 신호에 응답하여 배터리(10)를 자가 방전시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 자가 방전 신호를 출력하는 기간은 제2 시간(t2)의 배터리(10)의 온도(Tb)에 기초하여 미리 설정될 수 있으며, 이 정보는 논리 회로(41)에 저장될 수 있다. 그 결과, 제4 시간(t4)에 배터리(10)의 온도(Tb)는 기준 온도값(Tr)에 도달하게 된다. 다른 실시예에 따르면, 논리 회로(41)는 배터리(10)의 온도(Tb)를 감지하고, 온도(Tb)가 기준 온도값(Tr)에 도달하는 순간, 즉, 제4 시간(t4)에 자가 방전 신호의 출력을 중지할 수 있다.
운송 장치(1000)는 자가 방전 구간에 배터리 팩(100)의 외부 단자들(101, 102) 사이의 전압 또는 저항을 기초로 배터리 팩(100)이 자가 방전 중이라는 것을 감지할 수 있다. 다른 예에 따르면, 배터리 팩(100)은 자가 방전 신호를 운송 장치(1000)로 출력할 수 있으며, 운송 장치(1000)는 상기 신호를 기초로 배터리 팩(100)이 자가 방전 중이라는 것을 알 수 있다. 운송 장치(1000)는 배터리 팩(100)이 자가 방전 중이라는 것을 사용자에게 알릴 수 있다.
사용자는 자가 방전 구간 후의 제5 시간(t5)에 2차 시동을 시도할 수 있다. 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 배터리(10)의 온도(Tb)는 기준 온도값(Tr)에 도달한 상태이므로, 배터리(10)는 기준 전류값(Ir) 이상의 전류(Ib)를 기준 전압값(Vr) 이상의 전압(Vb)으로 출력할 수 있다. 따라서, 엔진 스타터(110)는 정상적으로 동작할 수 있으며, 엔진(130)은 정상적으로 시동이 걸릴 수 있다.
제6 시간(t6)에는 엔진(130)에 정상적으로 시동이 걸린 상태이므로, 발전 모듈(120)을 통해 배터리 팩(100)이 충전될 수 있다. 그 결과, 배터리 전압(Vb)은 2차 시동 구간 전보다 상승하게 되고, 배터리(10)의 전류(Ib)는 충전으로 인하여 0보다 작은 값을 갖게 된다.
도 5는 다른 실시예에 따른 운송 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 운송 장치(1000a)는 배터리 팩(100a), 엔진 스타터(110), 발전 모듈(120), 엔진(130), 전기 부하(140), 시동 스위치(150), 및 시동 준비 스위치(160)를 포함한다. 도 5의 운송장치(1000a)의 배터리 팩(100a), 엔진 스타터(110), 발전 모듈(120), 엔진(130), 및 전기 부하(140)는 도 1의 운송장치(1000)의 배터리 팩(100), 엔진 스타터(110), 발전 모듈(120), 엔진(130), 및 전기 부하(140)에 각각 대응되며, 중복되는 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 아래에서 설명한다.
시동 준비 스위치(160)는 시동 준비 신호를 배터리 팩(100a)에 출력한다. 시동 준비 스위치(160)는 운송 장치(1000a) 내에 설치될 수 있으며, 사용자에 의해 직접 작동될 수 있다. 다른 예에 따르면, 운송 장치의 키에 무선 모듈이 존재하는 경우, 키가 운송 장치에 근접할 경우 운송 장치(1000a)의 제어부는 키가 근접하였음을 인지하고 시동 준비 스위치(160)를 이용하여 시동 준비 신호를 배터리 팩(100a)에 출력할 수 있다. 이 경우, 시동 준비 스위치(160)는 운송 장치(1000a)의 제어부 내에 포함될 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 키가 키 박스에 꽂이면, 시동 준비 스위치(160)가 시동 준비 신호를 배터리 팩(100a)에 출력할 수도 있다.
시동 스위치(150)는 사용자에 의해 작동되면 시동 신호를 엔진 스타터(110)에 출력한다. 도 5에서는, 시동 스위치(150)와 시동 준비 스위치(160)가 별도의 장치로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며, 시동 스위치(150)는 시동 준비 스위치(160)와 통합될 수 있다. 시동 스위치(150)가 작동하면, 시동 준비 신호를 배터리 팩(100a)에 출력하고 시동 신호를 엔진 스타터(110)에 출력할 수도 있다.
배터리 팩(100a)은 엔진 스타터(110)에 접속되는 한 쌍의 외부 단자 외에 신호 단자를 갖는다. 배터리 팩(100a)은 신호 단자를 통해 시동 준비 신호를 수신하면, 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 자가 방전부(50)에 출력하도록 구성된다. 자가 방전부(50)는 자가 방전 신호를 수신하고, 배터리(10)의 온도가 기준 온도값에 도달하도록 배터리(10)를 자가 방전시킬 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 팩(100a)은 엔진 스타터(도 5의 110)에 접속되는 한 쌍의 외부 단자(101, 102) 외에 시동 준비 신호를 수신하는 신호 단자(103)를 포함한다. 배터리 팩(100a)은 배터리(10), 센싱부(30), 제어부(40) 및 자가 방전부(50)를 포함한다.
배터리(10)는 한 쌍의 외부 단자(101, 102) 사이에 접속되는 적어도 하나의 배터리 셀(11)을 포함한다. 센싱부(30)는 배터리(10)의 온도를 감지한다. 제어부(40)는 신호 단자(130)를 통해 외부, 예컨대, 시동 준비 스위치(도 5의 160)로부터 시동 준비 신호를 수신하는 신호 수신부(45)를 포함한다. 제어부(40)는 신호 수신부(45)를 통해 시동 준비 신호를 수신하면 배터리(10)의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 배터리(10)의 온도가 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 자가 방전부(50)로 출력한다. 자가 방전부(50)는 한 쌍의 외부 단자(101, 102) 사이에 배터리(10)와 병렬로 접속되고, 자가 방전 신호에 응답하여 배터리(10)가 자체 발열을 통해 배터리(10)의 온도가 상승하도록록 배터리(10)를 자가 방전시킨다.
배터리 팩(100a)은 시동 준비 신호를 수신하는 신호 수신부(45) 및 신호 단자(103)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 2의 배터리 팩(100)에 실질적으로 대응한다. 도 2의 배터리 팩(100)은 논리 회로(41)의 내부 알고리즘에 의해 시동을 감지할 경우에 배터리(10)의 온도에 따라 자가 방전을 수행하는 한편, 도 6의 배터리 팩(100a)은 외부로부터 시동 준비 신호를 수신하는 경우에 배터리(10)의 온도에 따라 자가 방전을 수행한다는 점에 차이가 있다.
배터리(10)의 온도를 일정하게 유지하도록 배터리(10)가 자가 방전된다면, 운송 장치가 주차된 경우에도 배터리(10)의 논리 회로(41)가 동작하여야 할 뿐만 아니라 자가 방전이 때때로 수행되어야 하기 때문에, 배터리(10)에 저장된 전력이 불필요하게 소모되어야 한다. 특히 겨울철에는 기온이 낮기 때문에 배터리(10)의 자가 방전은 빈번하게 수행되어야 하며, 배터리(10)는 오래지 않아 완전 방전될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 자가 방전이 시동이 시도되기 전이나 시동이 시도된 후에만 제한적으로 이루어지므로, 운송 장치가 주차된 경우, 배터리(10)에 저장된 전력이 자가 방전을 통해 낭비되지 않을 수 있다. 뿐만 아니라, 배터리 팩(100)의 논리 회로(41)도 역시 비활성화시킴으로써 소모 전력이 감소될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것이며, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가적인 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 구현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같은 구체적인 언급이 없다면, 본 발명의 실시를 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)가 기재된 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 배터리
20: 보호 회로
30: 센싱부
40: 제어부
50: 자가 방전부
100, 100a: 배터리 팩
110: 엔진 스타터
1000, 1000a: 운송 장치

Claims (15)

  1. 엔진 스타터에 접속되는 한 쌍의 외부 단자를 갖는 배터리 팩으로서,
    상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 접속되는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    상기 배터리의 온도 및 상기 배터리의 전류를 감지하는 센싱부;
    상기 배터리 팩을 이용한 시동의 시도를 감지하면, 상기 배터리의 온도를 기준 온도값과 비교하고, 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 자가 방전 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 상기 배터리와 병렬로 접속되고, 상기 자가 방전 신호에 응답하여 상기 배터리를 자가 방전시키는 자가 방전부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 배터리의 전류가 기준 전류값보다 높아지면 상기 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 배터리의 전압을 더 감지하고,
    상기 제어부는 상기 배터리의 전류가 기준 전류값보다 높아질 때 상기 배터리의 전압이 기준 전압값보다 낮아지면 상기 시동의 시도가 이루어졌지만 상기 시동에 실패하였음을 감지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 전류값보다 높은 상기 배터리의 전류를 통해 상기 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하는 단계;
    상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류값보다 높아질 때 상기 기준 전압값보다 낮은 상기 배터리의 전압을 통해 상기 시동의 시도가 실패하였음을 감지하는 단계;
    상기 기준 전류값보다 낮아진 상기 배터리의 전류를 통해 상기 시동의 시도가 종료하였음을 감지하는 단계;
    상기 배터리의 온도를 상기 기준 온도값과 비교하는 단계; 및
    상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 상기 배터리를 자가 방전시키기 위해 상기 자가 방전부에 상기 자가 방전 신호를 출력하는 단계를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 배터리의 전압을 더 감지하고,
    상기 제어부는
    상기 배터리의 전류가 기준 전류값보다 높아졌다가 상기 기준 전류값보다 낮아지는 것을 통해 상기 시동의 시도가 이루어졌음을 감지하는 단계;
    상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류값보다 높아지기 전의 상기 배터리의 제1 전압과 상기 배터리의 전류가 상기 기준 전류값보다 낮아진 후의 상기 배터리의 제2 전압을 비교하여 상기 시동의 시도가 성공하였는지를 판단하는 단계;
    상기 제2 전압이 상기 제1 전압보다 낮으면, 상기 시동의 시도가 실패하였다고 결정하는 단계;
    상기 배터리의 온도를 상기 기준 온도값과 비교하는 단계; 및
    상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값보다 낮은 경우, 상기 배터리를 자가 방전시키기 위해 상기 자가 방전부에 상기 자가 방전 신호를 출력하는 단계를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 자가 방전 신호를 출력하는 동안 상기 배터리의 온도를 감지하고, 상기 배터리의 온도가 상기 기준 온도값과 동일해지거나 상기 기준 온도값보다 높아지면 상기 자가 방전 신호의 출력을 중지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 자가 방전 신호의 출력을 시작한 후, 상기 기준 온도값과 비교된 상기 배터리의 초기 온도를 기초로 미리 결정된 시간이 경과한 후에 상기 자가 방전 신호의 출력을 중지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 배터리는 상기 미리 결정된 시간 동안 이루어지는 자가 방전에 의하여 발열하며, 상기 배터리의 온도는 상기 미리 결정된 시간이 경과한 후에 상기 기준 온도값과 동일하거나 상기 기준 온도값보다 높아지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리의 초기 온도에 따른 상기 자가 방전 신호의 출력 기간에 대한 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 자가 방전부는 상기 자가 방전 신호에 응답하여 상기 한 쌍의 외부 단자를 서로 전기적으로 접속하는 자가 방전 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 자가 방전부는 상기 한 쌍의 외부 단자 사이에 직렬로 연결되는 자가 방전 스위치 및 자가 방전 저항을 포함하고,
    상기 자가 방전 스위치는 상기 자가 방전 신호에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1 항, 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항의 배터리 팩;
    상기 배터리 팩에 접속된 엔진 스타터; 및
    상기 엔진 스타터에 의해 동작을 시작하는 엔진을 포함하는 운송 장치.
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