KR102265844B1 - 배터리 팩 충격 보호방법 및 장치 - Google Patents

배터리 팩 충격 보호방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 충격 보호방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 팩에서 충격발생 시 충격발생횟수 및 충격에 따른 배터리 팩의 상태를 근거로 하여 충격발생에 대한 적절한 보호제어를 수행하는 배터리 팩 충격 보호방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 팩 충격 보호방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPACT PROTECTION OF BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩 충격 보호방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 팩에서 충격발생 시 충격발생횟수 및 충격에 따른 배터리 팩의 상태를 근거로 하여 충격발생에 대한 적절한 보호제어를 수행하는 배터리 팩 충격 보호방법 및 장치에 관한 것이다.
리튬 이온(Li-ion)전지 등과 같은 배터리는 다양한 전자기기의 전력원으로 이용되고 있고, 일반적으로 배터리는 양극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등으로 구성되는 단위 셀(cell)이 복수 개로 구성되어 하나의 어셈블리(assembly)형태로 구성되고, 이러한 어셈블리를 복수 개로 이루어 하나의 팩 형태로 구성된 것을 의미한다.
이와 같은 구조로 형성된 일반적인 배터리는 BMS(Battery Management System)를 구비하여 주기적으로 전류, 전압 및 온도를 측정하고, 각 측정 값을 근거로 배터리 상태를 판단하여 배터리에 이상상태 발생 시 각 상황에 따른 보호제어를 수행함에 따라 배터리를 보호한다.
상기 BMS는 충격을 감지하여 배터리 구동을 제어하는 기능도 구비하고 있는데, 이는 일반적으로 배터리에 큰 충격이 발생하는 경우, 내부구조가 파손되어 전해질이 외부로 흘러나와 발화 및 폭발을 발생시킬 수 있기 때문이다.
이러한 충격 감지방법을 종래에는 배터리에 발생된 충격량만을 기준으로 하여 배터리 구동을 중지시키므로 소정의 기준 충격량이 발생하지는 않지만 충격으로 인한 배터리 이상상태는 감지하기 어려운 단점이 있다.
따라서 충격량뿐만 아니라 충격횟수 및 다양한 요소를 근거로 하여 배터리에 충격 발생 시 발화위험을 감소시킬 수 있는 기술 개발이 요구된다.
KR 2009-0032273 A
본 발명은 배터리에 발생되는 충격에 대한 다양한 요소를 근거로 충격발생을 판단하여 충격 감지능력을 기존보다 향상시키며 발화 발생위험은 감소시키는 배터리 팩 충격 보호방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법은 충격으로부터 배터리 팩을 보호하는 방법에 있어서, 상기 배터리 팩에 발생된 충격을 감지하는 충격 감지단계, 상기 충격 감지단계에서 감지된 충격의 횟수를 카운트하는 충격횟수 카운트단계, 상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 에너지 밀도가 감소되도록 만충전 기준 전압 값을 감소시키는 제1 보호제어 수행단계 및 상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우, 소정의 제2 기준 값을 근거로 하여 제2보호제어를 수행하는 제2 보호제어 수행단계를 포함한다.
상기 제2 보호제어 수행단계는, 상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트된 충격횟수를 소정의 제2 기준 값과 비교하는 제2기준 값 비교단계 및 상기 제2기준 값 비교단계에서의 비교결과 상기 충격횟수가 소정의 제2 기준 값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 배터리 팩 상태 측정단계, 상기 배터리 팩 상태 측정단계에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 기준 값과 비교하여 보호제어가 필요한지 판단하는 보호제어 판단단계, 상기 보호제어 판단단계에서 보호제어가 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상(Permanent Fail) 값과 비교하는 영구손상 값 비교단계 및 상기 영구손상 값 비교단계의 비교결과 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 이상인 경우, 보호퓨즈를 융단시키는 보호퓨즈 융단단계를 포함한다.
상기 보호제어 판단단계에서 보호제어가 필요하지 않은 것으로 판단된 경우, 누적된 충격횟수를 유지하여 상기 충격 감지단계로 회귀한다.
상기 영구손상 값 비교단계의 비교결과 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 미만인 경우, 보호회로를 구동하는 보호회로 구동단계를 포함한다.
상기 제1 보호제어 수행단계 또는 제2 보호제어 수행단계가 수행되는 경우, 사용자에게 보호제어 수행을 통지하는 보호제어수행 통지단계를 추가로 포함한다.
상기 보호퓨즈 융단단계는 상기 배터리 팩에 충/방전 전류를 유입 또는 공급하는 경로에 구비된 보호퓨즈를 융단한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호장치는 충격으로부터 배터리 팩을 보호하는 장치에 있어서, 상기 배터리 팩에 발생되는 충격을 감지하는 충격 감지부, 상기 충격 감지부에서 감지된 충격의 횟수를 카운트하는 충격횟수 카운터, 상기 충격횟수 카운터에서 카운트된 충격횟수를 소정의 제1 기준 값 및/또는 소정의 제2 기준 값과 비교하는 충격횟수 비교부, 상기 충격횟수 비교부에서 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과한 경우, 상기 배터리 팩의 만충전 기준 전압 값을 감소시키는 제1보호수행을 제어하는 제1 보호 제어부 및 상기 충격횟수 비교부에서 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하 경우, 상기 배터리 팩의 보호퓨즈 또는 보호회로를 구동시키는 제2보호수행을 제어하는 제2 보호 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 제2 보호 제어부는, 상기 충격횟수 비교부에서 충격횟수가 소정의 제2 기준 값을 초과한 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 상태 측정부, 상기 상태 측정부에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 기준 값과 비교하여 보호제어가 필요한지 판단하는 보호제어 판단부, 상기 보호제어 판단부에서 보호제어가 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 영구손상(Permanent Fail) 값과 비교하는 영구손상 값 비교부, 상기 영구손상 비교부에서의 비교결과 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 이상인 경우, 배터리 팩의 전류 입출경로에 구비된 보호퓨즈를 구동하는 보호퓨즈 융단부 및 상기 영구손상 비교부에서의 비교결과 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 미만인 경우, 배터리 팩의 전류를 온/오프 하는 스위치가 구비된 보호회로가 구동되도록 제어하는 보호회로 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 충격 감지부는, 상기 배터리 팩에 발생되는 충격의 충격량을 감지하는 충격량 감지부를 추가로 포함하여 감지된 충격량을 누적시킨다.
상기 보호회로 제어부는, 상기 제1 보호 제어부 또는 제2 보호 제어부에서 보호제어 수행 시 사용자에게 보호제어수행을 알리는 알림부를 추가로 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법 및 장치는 배터리에 발생된 충격횟수 및 충격이 가해진 배터리의 상태를 근거로 각 기준에 따른 다른 보호제어를 수행하여 배터리에 발생된 충격을 정밀하게 감지하고 대응함에 따라 안전한 배터리를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법 중 제2 보호제어의 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호장치 내 제2 보호 제어부의 블록도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 시스템의 개요도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 배터리 팩 충격 보호방법은 배터리 팩에 가해진 충격의 횟수를 근거로 하여 만충전 기준 전압 값을 감소시키거나, 충격횟수 및 배터리 팩의 상태를 근거로 보호퓨즈 융단 또는 보호회로 구동을 수행하여 충격으로부터 배터리 팩을 보호하는 방법이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법은 우선 배터리 팩에 충격이 발생하는 경우, 배터리 팩에 발생된 충격을 감지하고(충격 감지단계: S110), 감지된 충격의 횟수를 카운트한다(충격횟수 카운트 단계: S120).
상기 충격횟수 카운트단계(S120)에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과하는 경우(S130), 제1 보호제어를 수행한다(제1 보호제어 수행단계: S140).
또한, 상기 충격횟수 카운트단계(S120)에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우, 소정의 제2 기준 값을 근거로 하여 제2보호제어를 수행한다(제2 보호제어 수행단계: S150).
또한, 상기 제1 보호제어 수행단계(S140) 또는 제2 보호제어 수행단계(S150)가 수행되는 경우, 사용자에게 보호제어 수행을 통지하는 보호제어수행 통지단계를 추가로 포함할 수 있다.
이는 사용자에게 현재 배터리 팩의 상태와 그에 따른 보호제어를 통지하는 것으로, 제1 보호 제어, 보호 퓨즈구동 및 보호회로 구동에 각각 다른 설정 값을 부여하여 사용자가 손쉽게 인지 할 수 있도록 한다.
또한, 상기의 각 단계는 아래에서 상세하게 설명한다.
우선, 충격 감지단계(S110)는 후술하는 충격감지부(110)에서 배터리 팩에 가해지는 충격을 감지한다.
또한, 충격감지 시 충격의 충격량도 감지하여 상기 제1 보호제어 수행단계(S140) 또는 제2 보호제어 수행단계(S150)를 선택하는 선택요소로 추가적으로 설정할 수 있다.
또한, 충격횟수 카운트 단계(S120)는 후술하는 충격횟수 카운터(120)에서 수행하며 배터리 팩에 충격이 발생하는 경우, 충격횟수 1회가 발생되는 것으로 간주하여 상기 제1 기준 값 또는 제2 기준 값이 될 때까지 상기 충격 감지단계(S110)를 반복하여 충격횟수를 누적한다.
또한, 상기 추가적으로 감지한 충격량을 누적시키는 충격량 누적단계를 추가적으로 구성하여 충격횟수뿐만 아니라 충격량도 누적될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 기준 값 비교단계(S130)는 상기 충격횟수 카운트 단계(S120)에서 카운트된 충격횟수를 소정의 제1 기준 값과 비교하는 단계로, 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과하는 경우에는 제1 보호제어 수행단계(S140)를 수행하고, 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우에는 제2 보호제어 수행단계(S150)를 수행한다.
또한, 상기 소정의 제1 기준 값은 일 실시 예로써, 10회로 설정하지만 이에 한정되지 않는다.
한편, 상기 제1 보호제어 수행단계(S140)는 해당 배터리 팩의 누적된 충격량이 큰 경우, 갑작스러운 폭발 또는 발화의 위험성이 있으므로 현재의 배터리 팩의 상태가 이상이 발생되지 않아도 만충전 기준 전압 값을 감소시켜 재설정한다. 상기 만충전 기준 전압 값을 재설정하는 값은 기 설정한 재설정 값으로 설정할 수 있으며, 제1 보호제어 수행단계(S140)를 수행하는 시점에서의 현재 배터리 팩의 전압 값으로도 설정할 수 있다.
이는 배터리 팩 충전 시 더 이상의 충전이 되지 않도록 제한함에 따라 배터리 팩의 에너지밀도가 증가되지 않도록 하여 만약에 발생되는 폭발 또는 발화의 피해를 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
또한, 제1 보호제어 수행단계(S140)는 상기 충격 감지단계(S110)에서 추가로 감지되고 누적된 충격량을 이용하여 제1 보호제어 수행여부를 판단할 수 있다.
이는 배터리 팩의 충격 횟수 및 누적된 충격량이 큰 값이지만 배터리 팩에는 이상이 발생되지 않은 경우에도 보호제어가 수행될 수 있도록 한다.
상기 제2 보호제어 수행단계(S150)는 도 2를 참조하여 하기에서 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 상기 제2 보호제어 수행단계(S150)는 상기 충격횟수 카운트단계(S120)에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우 수행된다.
상기 충격횟수 카운트단계(S120)에서 카운트된 충격횟수를 다시 소정의 제2 기준 값과 비교하여(제2기준 값 비교단계: S151) 충격횟수가 소정의 제2 기준 값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정한다(배터리 팩 상태 측정단계: S152).
상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 기준 값과 비교하여 보호제어가 필요한지 판단한다(보호제어 판단단계: S153).
상기 보호제어 판단단계(S153)에서 보호제어가 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상(Permanent Fail) 값과 비교하여 (영구손상 값 비교단계: S154) 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 이상인 경우, 보호퓨즈를 융단시킨다(보호퓨즈 융단단계: S155).
또한, 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 미만인 경우, 배터리 팩의 자체 보호회로를 구동한다(보호회로 구동단계: S156).
또한, 상기 제2 보호제어 수행단계(S150)의 각 단계를 좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 제2 기준 값 비교단계(S151)는 상기 충격횟수 카운트단계(S120)에서 카운트된 충격횟수를 다시 소정의 제2 기준 값과 비교하는 단계로서, 상기 소정의 제2 기준 값은 상기 소정의 제1 기준 값보다 작은 수이다.
여기서 소정의 제2 기준 값은 일 실시 예로써, 5회로 설정하지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 충격횟수가 소정의 제2 기준 값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)를 수행하고, 상기 충격횟수가 소정의 제2 기준 값 이하인 경우에는 누적된 충격횟수를 유지하여 상기 충격 감지단계(S110)를 다시 수행한다.
또한, 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)는 현재 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값을 측정하는 단계로써, 배터리 팩의 구조가 깨어져 전해질 등이 누수될 수 있으므로 누수 시 발생되는 고전류, 고전압 및 고온을 측정하여 배터리 팩의 손상을 파악할 수 있도록 한다.
상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)를 수행한 이후에는 측정된 배터리 팩 상태를 근거로 하여 보호제어 판단단계(S153)를 수행한다.
상기 보호제어 판단단계(S153)는 적은 충격횟수가 발생되었지만 배터리 팩에 손상이 발생되어 보호제어가 필요한지 판단하는 단계로써, 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 기준 값과 비교하여 보호제어가 필요한지 판단한다.
상기 기 설정된 보호제어 기준 값은 일반적인 배터리 보호회로 구동조건이 되는 전류, 전압, 온도 값을 의미한다.
상기 기 설정된 보호제어 기준 값은 일 실시 예로써, 전류 3[A], 전압 4.2[V], 온도 65℃로 설정하지만 이에 한정되지 않는다.
따라서 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호제어 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 팩은 보호제어가 필요한 것으로 판단하여 상기 영구손상 값 비교단계(S154)를 수행할 수 있도록 한다.
또한, 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호제어 기준 값 이하인 경우, 해당 배터리 팩은 보호제어가 필요하지 않은 것으로 판단하여 누적된 충격횟수를 유지하여 상기 충격 감지단계(S110)를 다시 수행한다.
이는 제1 기준 값이 될 때까지 제2 보호제어 수행단계(S150)를 반복하여 배터리 팩의 상태를 확인한다.
또한, 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호제어 기준 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 팩은 보호제어가 필요한 것으로 판단하여 상기 영구손상 값 비교단계(S154)를 수행하는데, 영구손상 값 비교단계(S154)는 보호회로 구동 또는 보호퓨즈 융단을 기 설정된 영구손상 값을 이용하여 선택한다.
여기서 기 설정된 영구손상 값은 배터리 팩이 영구손상된 것으로 판단되는 기준 전류, 온도, 전압 값으로써, 일 실시 예로 전류 4[A], 온도 68℃, 전압 4.5[V]로 설정하지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 이 값은 상기 기 설정된 보호제어 기준 값보다 큰 값으로써, 배터리 팩에 손상을 줄 정도의 고전류, 고전압 및/또는 고온을 의미하며 이 이상의 값이 지속되면 해당 배터리 팩의 폭발 및 발화가 발생될 수 있다.
따라서 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 팩은 영구손상이 되었으므로 상기 보호퓨즈 융단단계(S155)를 수행할 수 있도록 한다.
또한, 상기 보호퓨즈 융단단계(S155)는 상기 배터리 팩에 충/방전 전류를 유입 또는 공급하는 경로에 구비된 보호퓨즈를 융단하여 배터리 팩의 폭발 및 발화를 방지한다.
또한, 상기 배터리 팩 상태 측정단계(S152)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 기준 값 이하인 경우, 해당 배터리 팩에 영구손상은 발생되지 않았으므로 배터리 팩의 자동적인 재사용이 가능한 상기 보호회로 구동단계(S156)를 수행한다.
또한, 상기 보호회로 구동단계(S156)는 보호회로 구동 시 보호회로 해제단계를 추가로 구성하여 상기 배터리 팩의 상태가 기 설정된 보호회로 조건을 만족시키는 경우, 배터리 팩이 재사용될 수 있도록 한다.
상기 보호회로 해제단계는 소정의 주기마다 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 배터리 팩 상태 재측정단계, 배터리 팩 상태 측정단계에서 측정된 전류, 전압 및 온도를 기 설정된 보호회로 해제조건 값과 비교하는 해제조건 값 비교단계 및 측정된 전류, 전압 및 온도가 기 설정된 보호회로 해제조건 값 미만인 경우, 보호회로 구동을 해제시키는 보호회로 해제단계를 포함하여 구성된다.
상기 제2 보호수행단계는 일반적인 보호회로 구동 방법 및 보호퓨즈를 사용하는 것으로, 이는 다른 역할을 수행하는 장치를 배터리 팩의 충격보호에 활용함에 따라 소프트웨어의 복잡성을 감소시킬 수 있다.
또한, 제2보호제어는 충격횟수가 소정의 범위까지 도달하지 않았어도 해당 배터리 팩의 상태가 이상이 생긴 경우에도 배터리 팩이 보호될 수 있도록 하는 방법이다.
한편, 상기 실시 예는 충격횟수가 제1 기준 값 이상으로 발생되는 경우에는 만충전 전압 값만을 감소시켜 에너지밀도를 감소시키는데 만약 이때의 전압 값이 만충전 상태인 경우, 만충전 전압 값만을 감소시키는 방법은 실효성이 떨어진다.
따라서 만충전 상태인 경우에도 폭발 및 발화의 피해를 감소시키기 위해서는 에너지 밀도를 실질적으로 감소시켜야 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호방법은 우선 배터리 팩에 충격이 발생하는 경우, 배터리 팩에 발생된 충격을 감지하고, 감지된 충격의 횟수를 카운트한다.
상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과하는 경우, 배터리 팩의 전압 값을 측정한다.
측정된 전압 값이 소정의 전압 값보다 큰 경우, 배터리 팩의 전압 값이 소정의 전압 값으로 될 때까지 자가방전을 수행한다.
여기서 소정의 전압 값은 폭발 및 발화의 위험이 크지 않으며, 부하에 배터리 팩이 전원을 공급할 수 있는 최소한의 전압 값을 의미한다.
또한, 상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우, 소정의 제2 기준 값을 근거로 하여 제2보호제어를 수행한다.
또한, 배터리 팩에 발생되는 충격 감지 시 충격량도 감지하여 값을 누적시키는 충격량 누적단계를 추가로 구성시킨다. 이는 누적된 충격량이 배터리 팩의 상태를 변화시키진 않지만 소정의 값을 초과하는 경우에는 문제가 될 수 있으므로 제1 보호제어를 수행하는 판단요소로 추가한다.
만약 충격량이 보호제어 판단요소로 추가되면 상기에서 수행되는 자가방전은 배터리 팩의 최저 방전 기준 값까지 수행될 수 있도록 한다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 배터리 팩 충격 보호장치는 배터리 팩의 충격센서를 통해 충격을 감지하고, 배터리 팩에 발생되는 충격횟수 및 배터리 팩의 상태에 따라 적절한 보호제어를 수행함에 따라 충격 발생 시에도 안전하게 배터리 팩을 사용할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호장치(100)는 배터리 팩에 발생되는 충격을 감지하는 충격 감지부(110), 충격 감지부(110)에서 감지된 충격의 횟수를 카운트하는 충격횟수 카운터(120), 충격횟수 카운터(120)에서 카운트된 충격횟수를 소정의 제1 기준 값 및/또는 소정의 제2 기준 값과 비교하는 충격횟수 비교부(130), 충격횟수 비교부(130)에서 충격횟수가 소정의 제1 기준 값보다 초과된 경우, 제1보호수행을 제어하는 제1 보호 제어부(140) 및 충격횟수 비교부(130)에서 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하 경우, 제2보호수행을 제어하는 제2 보호 제어부(150)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 배터리 팩 충격 보호장치(100)는 BMS 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.
또한, 알림부(미도시)를 추가로 구성하여 상기 제1 보호 제어부(140) 또는 제2 보호 제어부(150)가 구동되는 것을 사용자에게 통지한다.
또한, 아래에서 상기 구성에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.
상기 충격 감지부(110)는 외부로부터 가해지는 충격을 감지하는 구성으로써, 공지의 충격감지센서를 사용하여 구성될 수 있으며, 소정의 충격량을 가지는 충격이 배터리 팩에 가해지는 것을 감지하여 상기 충격횟수 카운터(120)로 충격 감지신호를 전송한다.
여기서 소정의 충격량은 외부에서 충격이 발생되는 경우, 생성되는 최소한의 충격량을 의미한다.
또한, 이때 충격 감지부(110)는 충격발생여부만 감지하거나 가해지는 충격의 충격량도 추가로 감지할 수 있다.
또한, 상기 충격횟수 카운터(120)는 상기 충격 감지부(110)의 충격 감지신호를 수신하여 충격횟수를 카운트한 후, 카운트된 충격횟수를 상기 충격횟수 비교부(130)에 전송한다.
또한, 상기 충격횟수 카운터(120)는 상기 충격 감지부(110)에서 추가로 감지한 충격량을 누적시키는 충격량 누적부(미도시)가 추가로 구성될 수 있다.
또한, 상기 충격횟수 비교부(130)는 상기 충격횟수 카운터(120)로부터 충격횟수를 수신하여 소정의 제1 기준 값과 비교한다. 또한, 상기 소정의 제1 기준 값은 일 실시 예로써, 10회로 설정하지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 충격횟수 비교부(130)는 상기 충격횟수가 상기 소정의 제1 기준 값을 초과한 경우, 상기 제1 보호제어부(140)에 보호제어 구동신호를 전송한다.
또한, 상기 충격횟수가 상기 소정의 제1 기준 값 이하인 경우, 동일한 값의 충격횟수를 소정의 제2 기준 값과 비교한다. 여기서 상기 소정의 제2 기준 값은 일 실시 예로써, 5회로 설정하지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 충격횟수 비교부(130)는 상기 충격횟수가 상기 소정의 제 2 기준 값을 초과한 경우, 후술하는 상태 측정부(151)에 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정할 수 있도록 상태측정 명령신호를 전송한다.
또한, 상기 충격횟수가 상기 소정의 제 2 기준 값 이하인 경우, 상기의 충격횟수를 상기 충격횟수 카운터(130)에 기 카운트된 충격횟수로 설정하고 상기 충격감지부(110)를 통해 외부로부터의 충격감지를 이어서 수행한다.
예를 들어, 상기 충격횟수 비교부(130)에서 비교된 충격횟수가 3인 상태에서 충격 감지부(110)에서 충격 감지 시 상기 충격횟수 카운터(130)는 3에서 1이 추가된 4로 카운트한다.
또한, 상기 충격횟수 비교부(130)로부터 보호제어 구동신호를 수신받은 제1 보호 제어부(140)는 배터리 팩의 만충전 기준 전압 값을 감소 설정하여 배터리 팩 충전 시 충전이 제한될 수 있도록한다.
이는 배터리 팩의 에너지 밀도를 감소시켜 폭발 및 발화 발생 시 피해가 최소화될 수 있도록 한다.
또한, 또 다른 실시 예로 상기 충격량 누적부(미도시)에서 누적된 충격량을 소정의 설정 값과 비교하는 충격량 비교부(미도시)를 추가로 구비하여 상기 충격횟수 비교부(130)뿐만 아니라 충격량 비교부(미도시)에서도 보호제어 구동신호가 수신되는 경우에 상기 제1 보호 제어부(140)가 구동될 수 있도록 한다.
상기 충격량 비교부(미도시)는 충격량 누적부(미도시)로부터 누적된 충격량 값을 받으면, 소정의 설정 값과 비교하여 누적된 충격량이 소정의 설정 값을 초과하는 경우, 상기 제1 보호 제어부(140)에 보호제어 구동신호를 수신한다.
또한, 누적된 충격량이 소정의 설정 값 이하인 경우에는 충격량 누적부(미도시)의 값을 유지하며 상기 충격 감지부(110)의 감지를 기다려 충격이 발생되는 경우, 발생되는 충격의 충격량을 기존의 충격량에 누적시킨다.
따라서 제1 보호 제어부(140)는 충격횟수가 크고 누적된 충격량이 크지만 배터리 팩에 이상이 발생되지 않은 경우에 구동되는 것이고, 제2 보호 제어부(150)는 충격횟수가 작지만 배터리 팩에 이상이 발생되는 경우에 구동되는 보호제어이다.
또한, 제2 보호 제어부(150)에 대해 도4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충격 보호장치 내 제2 보호 제어부의 블록도이다.
도4를 참조하면, 상기 충격횟수 비교부(130)의 비교결과, 상태측정 명령신호가 전송되는 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 상태 측정부(151), 상태 측정부(151)에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 기준 값과 비교하여 보호제어가 필요한지 판단하는 보호제어 판단부(152), 보호제어 판단부(152)에서 보호제어가 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 영구손상(Permanent Fail) 값과 비교하는 영구손상 값 비교부(153), 영구손상 비교부(153)에서의 비교결과 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 이상인 경우, 보호퓨즈를 구동하는 보호퓨즈 융단부(154) 및 영구손상 값 비교부(153)에서의 비교결과 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 미만인 경우, 보호회로가 구동되도록 제어하는 보호회로 제어부(155)를 포함하여 구성된다.
또한, 아래에서 제2 보호 제어부(150)의 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
상기 상태 측정부(151)는 각 배터리 팩에 구비된 전류센서, 전압센서 및 온도센서를 이용하여 배터리 팩의 상태를 감지하고, 감지된 전류, 전압 및 온도 값을 상기 보호제어 판단부(152)로 전송한다.
또한, 상기 보호제어 판단부(152)는 기 설정된 보호제어 기준 값과 상태 측정부(151)에서 전송된 전류, 전압 및 온도 값을 비교하는데, 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호제어 기준 값을 초과하는 경우, 동일한 전류, 전압 및 온도 값을 상기 영구손상 값 비교부(153)로 전송한다.
만약 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호제어 기준 값 이하인 경우에는 현재의 충격횟수를 상기 충격횟수 카운터(130)에 기 카운트된 충격횟수로 설정하고 상기 충격감지부(110)를 통해 외부로부터의 충격감지를 이어서 수행한다.
이는 충격횟수는 작지만 배터리 팩의 상태가 정상인지 이상이 있는지 확인하는 것이다.
또한, 상기 영구손상 값 비교부(153)는 보호제어 판단부(152)에서 전송받은 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 영구손상 값과 비교한다.
전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값을 초과하는 경우, 해당 배터리 팩은 영구손상이 발생된 것으로 판단하여 상기 보호퓨즈 융단부(154)로 보호퓨즈 구동신호를 전송한다.
상기 영구손상 값 비교부(153)로부터 보호퓨즈 구동신호를 받은 보호퓨즈 융단부(154)는 배터리 팩의 전류 입/출력 경로에 구비된 보호퓨즈를 융단한다.
또한, 상기 영구손상 값 비교부(153)로부터 보호회로 구동신호를 받은 보호회로 제어부(155)는 배터리 팩의 전류를 온/오프 하는 스위치에 오프 신호를 전송한다.
또한, 보호회로 구동상태에서 상태 측정부(151)는 소정주기마다 배터리 팩의 상태를 측정하여 보호제어 판단부(152)로 전류, 전압 및 온도 값을 전송하고, 보호제어 판단부(152)는 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호회로 해제 값과 비교하여 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호회로 해제 값 미만인 경우, 상기 보호회로 제어부(155)로 보호회로 해제신호를 전송한다.
상기 보호제어 판단부(152)로부터 보호회로 해제신호를 전송받은 보호회로 제어부(155)는 상기 스위치를 온 시키는 온 신호를 스위치에 전송한다.
이러한 배터리 팩 충격 보호장치(100)가 포함되어 구성된 배터리 팩 시스템은 도5를 들어 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 시스템의 개요도이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩 시스템은 간략하게 배터리 팩, 배터리 팩을 관리하는 BMS, BMS로부터 온/오프 제어되는 충/방전 FET, BMS 내부에 포함되어 구성되거나 외부에 별도로 구성되는 배터리 팩 충격 보호장치(100), 충/방전 경로에 구비되어 배터리 팩 충격 보호장치(100)로부터 융단되는 보호퓨즈 및 외부로부터 발생되는 충격을 감지하는 충격센서로 구성된다.
또한, 상기 BMS는 주기적으로 배터리 팩의 상태를 모니터링하는 모니터링부, 배터리 팩 충전 시 충전이 제한되도록 만충전 전압 값을 설정하는 만충전 전압 값 설정부 및 배터리 팩에 과전류, 과방전 및 과충전 등이 발생되는 경우, 배터리 팩의 구동을 중지시키는 배터리 보호회로로 구성된다.
더욱 상세하게 설명한다면 상기 만충전 전압 값 설정부는, 상기 충격센서로부터 감지된 충격의 횟수가 소정의 제1 기준 값 초과 시 배터리 팩 충격 보호장치(100) 내 제1 보호 제어부(140)에서 소정의 전압 값이 전송되고, 전송된 소정의 전압 값은 만충전 전압 값으로 재설정 한다.
또한, 모니터링부는, 상기 충격센서로부터 감지된 충격횟수가 제2 기준 값 초과 시 상기 배터리 팩 충격 보호장치(100) 내 상태 측정부(151)에서 전송된 현재 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값 요청신호가 수신되고, 요청신호에 따라 현재 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값을 상태 측정부(151)에 송신한다.
또한, 배터리 보호회로는, 배터리 팩에 보호제어가 필요하지만 배터리 팩의 손상이 크지 않은 경우, 상기 배터리 팩 충격 보호장치(100) 내 보호회로 제어부(155)에서 보호회로 구동신호가 전송되면, 충전 FET 및 방전 FET를 오프 제어한다.
따라서, 상기 배터리 팩 충격 보호장치(100)는 상기 충격 감지부(110)를 통해 외부로부터 발생되는 충격을 감지하고, 상기 충격횟수 카운터(120)는 감지된 충격의 횟수를 카운트한다.
상기 충격횟수 비교부(130)는 상기 충격 횟수 카운터(120)에서 카운트된 충격횟수와 소정의 제1 기준 값을 비교한다.
상기 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과하는 경우, 상기 제1 보호제어부(140)를 통해 만충전 전압 값을 감소시켜 설정한다.
또한, 상기 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우, 상기 충격횟수 비교부(130)를 통해 충격횟수를 소정의 제2 기준 값과 비교한다.
상기 카운트된 충격횟수가 소정의 제2 기준 값을 초과하는 경우, 상기 상태 측정부(151)를 통해 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정한다.
또한, 상기 카운트된 충격횟수가 소정의 제2 기준 값 이하인 경우, 충격횟수 값을 유지하여 다시 상기 충격 감지부(110)를 통해 충격을 감지한다.
상기 보호제어 판단부(152)는 상기 상태 측정부(151)를 통해 측정된 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 기준 값과 비교한다.
상기 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호제어 기준 값을 초과하는 경우, 상기 영구손상 값 비교부(153)는 동일한 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 영구손상 값과 비교한다.
상기 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 보호제어 기준 값 이하인 경우, 충격횟수 값을 유지하여 다시 상기 충격 감지부(110)를 통해 충격을 감지한다.
또한, 상기 영구손상 값 비교부(153)에서의 비교결과 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값을 초과하는 경우, 상기 보호퓨즈 융단부(154)를 통해 보호퓨즈를 융단한다.
또한, 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 이하인 경우에는 보호회로 제어부(155)를 통해 보호회로를 구동시킨다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
100: 배터리 팩 충격 보호장치
110: 충격 감지부
120: 충격횟수 카운터
130: 충격횟수 비교부
140: 제1 보호 제어부
150: 제2 보호 제어부
151: 상태 측정부
152: 보호제어 판단부
153: 영구손상 값 비교부
154: 보호퓨즈 융단부
155: 보호회로 제어부

Claims (10)

  1. 충격으로부터 배터리 팩을 보호하는 방법에 있어서,
    상기 배터리 팩에 발생된 충격을 감지하는 충격 감지단계;
    상기 충격 감지단계에서 감지된 충격의 횟수를 카운트하는 충격횟수 카운트단계;
    상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 에너지 밀도가 감소되도록 만충전 기준 전압 값을 감소시키는 제1 보호제어 수행단계; 및
    상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트된 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우, 상기 제1 기준 값보다 작은 소정의 제2 기준 값을 근거로 하여 상기 충격횟수가 소정의 제1 기준 값에 도달한 상태는 아니되, 그 충격으로 인해 발생한 배터리 팩의 이상 상태로부터 상기 배터리 팩을 보호하기 위한 제2 보호제어를 수행하는 제2 보호제어 수행단계; 를 포함하여 구성되며,
    상기 제2 보호제어 수행단계는,
    상기 충격횟수 카운트단계에서 카운트 된 충격횟수를 상기 소정의 제2 기준 값과 비교하는 제2 기준 값 비교단계;
    상기 제2 기준 값 비교단계의 비교 결과 상기 충격횟수가 소정의 제2 기준 값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 배터리 팩 상태 측정단계;
    상기 배터리 팩 상태 측정단계에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 기준 값과 비교하여 보호제어가 필요한지 판단하는 보호제어 판단단계; 및
    상기 보호제어 판단단계에서 보호제어가 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값을 상기 보호제어 기준 값보다 큰 값으로 기 설정된 영구손상(Permanent Fail) 값과 비교하는 영구손상 값 비교단계;
    를 포함하여 구성되고,
    상기 영구손상 값 비교단계의 비교 결과 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 이상인 경우, 상기 배터리 팩이 영구손상 된 상태인 것으로 판단하여 상기 배터리 팩에 충/방전 전류를 유입 또는 공급하는 경로에 구비된 보호퓨즈를 융단시키는 보호퓨즈 융단단계; 를 수행하여 상기 배터리 팩의 폭발 및 발화를 방지하는 것을 특징으로 하며,
    상기 영구손상 값 비교단계의 비교 결과 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 상기 기 설정된 영구손상 값 미만인 경우, 상기 배터리 팩에 영구손상은 발생되지 않은 것으로 판단하여 보호회로를 구동하는 보호회로 구동단계; 를 수행하여 상기 배터리 팩이 재사용될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충격 보호방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 보호제어 수행단계의 보호제어 판단단계에서 보호제어가 필요하지 않은 것으로 판단된 경우, 누적된 충격횟수를 유지하여 상기 충격 감지단계로 회귀하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충격 보호방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 보호제어 수행단계 또는 제2 보호제어 수행단계가 수행되는 경우, 사용자에게 보호제어 수행을 통지하는 보호제어수행 통지단계;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충격 보호방법.
  6. 삭제
  7. 충격으로부터 배터리 팩을 보호하는 장치에 있어서,
    상기 배터리 팩에 발생되는 충격을 감지하는 충격 감지부;
    상기 충격 감지부에서 감지된 충격의 횟수를 카운트하는 충격횟수 카운터;
    상기 충격횟수 카운터에서 카운트된 충격횟수를 소정의 제1 기준 값 및/또는 소정의 제2 기준 값과 비교하는 충격횟수 비교부;
    상기 충격횟수 비교부에서 충격횟수가 소정의 제1 기준 값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 에너지 밀도가 감소되도록 만충전 기준 전압 값을 감소시키는 제1보호수행을 제어하는 제1 보호 제어부; 및
    상기 충격횟수 비교부에서 충격횟수가 소정의 제1 기준 값 이하인 경우, 상기 제1 기준 값보다 작은 소정의 제2 기준 값을 근거로 상기 배터리 팩의 보호퓨즈 또는 보호회로를 구동시켜, 상기 충격횟수가 소정의 제1 기준 값에 도달한 상태는 아니되, 그 충격으로 인해 발생한 배터리 팩의 이상 상태로부터 상기 배터리 팩을 보호하는 제2보호수행을 제어하는 제2 보호 제어부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 제2 보호 제어부는,
    상기 충격횟수 비교부에서 충격횟수가 상기 소정의 제2 기준 값을 초과한 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 상태 측정부;
    상기 상태 측정부에서 측정된 전류, 전압 및 온도 값을 기 설정된 보호제어 값과 비교하여 보호제어가 필요한지 판단하는 보호제어 판단부;
    상기 보호제어 판단부에서 보호제어가 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값을 상기 보호제어 기준 값보다 큰 값으로 기 설정된 영구손상(Permanent Fail) 값과 비교하는 영구손상 값 비교부;
    상기 영구손상 값 비교부에서의 비교 결과 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 이상인 경우, 상기 배터리 팩의 전류 입출경로에 구비된 보호퓨즈를 융단하여 상기 배터리 팩의 폭발 및 발화를 방지하는 보호퓨즈 융단부; 및
    상기 영구손상 값 비교부에서의 비교 결과 상기 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도 값이 기 설정된 영구손상 값 미만인 경우, 상기 배터리 팩의 전류를 온/오프하는 스위치가 구비된 보호회로가 구동되도록 제어하여 상기 배터리 팩이 재사용되도록 하는 보호회로 제어부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충격 보호장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 충격 감지부는, 상기 배터리 팩에 발생되는 충격의 충격량을 감지하는 충격량 감지부; 를 추가로 포함하여 감지된 충격량을 누적시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충격 보호장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 보호회로 제어부는, 상기 제1 보호 제어부 또는 제2 보호 제어부에서 보호제어 수행 시 사용자에게 보호제어수행을 알리는 알림부; 를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충격 보호장치.
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