KR102265850B1 - 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
배터리 팩과 외부 시스템 체결 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(BMS)에 배치되며, 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치에 있어서, 배터리 팩에 내장된 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 전류를 감지하는 전류 감지부, 상기 복수개의 배터리 셀과 상기 외부 시스템의 경로상에 배치되어, 상기 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 흐르는 전류를 연결 또는 차단하는 스위치부, 상기 전류 감지부로부터 과전류 감지 신호가 입력되면 상기 스위치부를 오프(off)시켜 상기 외부 시스템으로 전류 흐름을 차단하는 소트 프로텍션(Short Protection) 동작을 수행하는 제어부, 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 수행 횟수를 카운트하는 카운터부 및 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 설정하고, 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수와 상기 카운터부에서 카운트 되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수를 비교하여 배터리 팩에 내장된 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 전류가 돌입전류인지 또는 쇼트전류인지를 판단하는 입력전류 성격 판단부를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 발생할 수 있는 과전류를 돌입전류와 쇼트전류로 구분하여, 과전류로 인한 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 해제하기 위해 배터리 팩과 외부 시스템의 분리하지 않도록 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트 전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 배터리 팩은 상기 배터리 팩이 외부 시스템에 장착되는 경우 상기 외부 시스템의 캐패시턴스(Capacitance) 성분에 의해서 순간적으로 과전류가 흐르게 된다. 이때 배터리 팩은 이 상황을 상기 외부 시스템의 P+와 P-가 쇼트(Short) 되었다고 잘못 판단하여 과전류가 흐르는 즉시 최대한 짧은 시간에 스위치를 오프(off)하게 된다.
상기 순간적인 과전류가 흐르는 상황을 구분하기 위해 스위치의 오프(off)를 지연하는 경우에는 실제로 시스템의 P+와 P-가 쇼트(Short) 상황에서는 배터리 팩이 위험한 상황이 된다.
또한, 상술한 바와 같이 순간적인 과전류에 쇼트 프로텍션(Short Protection)이 동작하여 스위치가 오프(off)된 경우, 쇼트 프로텍션(Short Protection)을 해제하기 위하여 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템을 분리해야 하는 불편함이 있어왔다.
이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 발생하는 과전류가 돌입전류 또는 쇼트전류에 의한 것인지를 판단하여, 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 흐르는 전류를 유지 또는 차단하는 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법을 제공하고자 한다.
배터리 관리 시스템(BMS)에 배치되며, 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치에 있어서, 배터리 팩에 내장된 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 전류를 감지하는 전류 감지부, 상기 복수개의 배터리 셀과 상기 외부 시스템의 경로상에 배치되어, 상기 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 흐르는 전류를 연결 또는 차단하는 스위치부, 상기 전류 감지부로부터 과전류 감지 신호가 입력되면 상기 스위치부를 오프(off)시켜 상기 외부 시스템으로 전류 흐름을 차단하는 소트 프로텍션(Short Protection) 동작을 수행하는 제어부, 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 수행 횟수를 카운트하는 카운터부 및 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 설정하고, 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수와 상기 카운터부에서 카운트 되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수를 비교하여 배터리 팩에 내장된 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 전류가 돌입전류인지 또는 쇼트전류인지를 판단하는 입력전류 성격 판단부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전류 감지부는, 상기 배터리 팩에 내장된 상기 복수개의 배터리로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 전류가 정상전류인 경우에는 정상전류 감지신호를 상기 제어부로 출력하고, 입력되는 전류가 과전류인 경우에는 과전류 감지신호를 상기 제어부로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수는, 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템의 체결 시 발생하는 과전류에 의해 상기 외부 시스템의 구동회로가 손상되는 것을 방지 하는 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량 및 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템 체결 시, 과전류가 감지된 시점과 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작으로 전류가 차단되는 시점 사이의 시간 동안 상기 과전류에 의해 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충전되는 충전량과 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량을 기반으로, 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전 될 수 있는 횟수를 계산하여 상기 계산된 횟수를 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 유입전류 성격 판단부는, 상기 카운터부에서 카운트되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수 이내인 경우에는 돌입전류 유입으로 판단하여, 상기 제어부에 스위치부 온(on) 신호를 출력하고, 상기 카운터부에서 카운트되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수를 초과하는 경우 쇼트전류 유입으로 판단하여, 상기 제어부에 스위치부 오프(off) 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법에 있어서, 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 설정하는 해제 횟수 설정단계, 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 전류 유입 시, 정상전류 또는 과전류를 구분하여 과전류 유입 시 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 수행하고, 그 횟수를 카운트하는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계, 설정된 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수와 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수를 비교하여 입력되는 전류가 돌입전류 또는 쇼트전류인지를 구분하는 돌입/쇼트 전류 구분단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작의 수행은, 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템 체결 시 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 과전류가 유입되면 상기 배터리 팩의 스위치부를 오프(off)시켜 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 전류 흐름이 차단되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수는, 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템의 체결 시 발생하는 과전류에 의해 상기 외부 시스템의 구동회로가 손상되는 것을 방지 하는 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량 및 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템 체결 시, 과전류가 감지되고 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작으로 전류가 차단되는 사이의 시간 동안 상기 과전류에 의해 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충전되는 충전량을 기반으로, 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전 될 수 있는 횟수를 계산하여 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계는, 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 유입되는 전류가 정상전류인지 또는 과전류인지 감지하는 전류감지단계 및 상기 유입되는 전류가 정상전류인 경우, 전류 유입을 유지하는 전류유입 유지 단계, 를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 돌입/쇼트 전류 구분단계는, 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계에서 카운트된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수와 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수를 비교하여, 상기 쇼트 프로텍션(Short Proteciton) 동작 횟수가 상기 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수 이내인 경우에는 돌입전류 유입으로 판단하여 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 해제 하여 전류 유입을 재개하는 전류유입 재개 단계 및 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계에서 카운트된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 초과하는 경우 쇼트전류 유입으로 판단하여 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 유지하는 전류차단 유지 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법은 간단한 제어 로직을 통해 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템에 유입되는 전류를 돌입전류와 쇼트전류로 구분하여 과전류에 의한 쇼트 프로텍션(Short Protection)을 해제하기 위해 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템을 분리해야 하는 불편함을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시에에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2의 순서도를 보다 자세하게 나타난 순서도이다.
※ 첨부된 도면은 본 도안의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로써 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2의 순서도를 보다 자세하게 나타난 순서도이다.
※ 첨부된 도면은 본 도안의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로써 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 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.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치를 대략적으로 도시한 도면이다.
배터리 팩(1)과 외부 시스템(300)의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치는 상기 배터리 팩(1)에 내장되는 배터리 관리 시스템(BMS)(미도시)에 배치되며, 과전류를 감지하는 전류 감지부(110), 상기 배터리 팩(1)으로부터 상기 외부 시스템(300)으로 흐르는 전류를 연결 및 차단하는 스위치부(120), 과전류가 감지되면 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 수행하는 제어부(130), 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 수행 횟수를 카운트하는 카운터부(140), 상기 배터리 팩(1)으부터 상기 외부 시스템(300)으로 흐르는 전류가 돌입전류 또는 쇼트전류인지 판단하는 유입전류 성격 판단부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전류 감지부(110)는 배터리 팩(1) 내부에 배치되는 복수개의 배터리 셀(200)로부터 상기 외부 시스템(300)으로 유입되는 정상전류 또는 과전류를 감지한다.
또한, 상기 전류 감지부(110)는 정상전류가 감지되는 경우에는 정상전류 감지신호를 제어부(130)로 출력하고, 과전류가 감지되는 경우에는 과전류 감지신호를 제어부(130)로 출력한다.
상기 스위치부(120)는, 상기 배터리 팩(1)에 내장된 복수개의 배터리 셀(200)과 상기 외부 시스템(300)의 경로상에 배치되며, 상기 제어부(130)에 의해서 온/오프(on/off) 하여 상기 배터리 팩(1)으로부터 상기 외부 시스템(300)에 흐르는 전류를 유지 및 차단한다.
상기 제어부(130)는, 상기 전류 감지부(110)으로부터 과전류 감지신호가 입력되는 경우에는, 쇼트 프로텍션(Short Protection)을 동작하여 상기 스위치부(120)을 오프(off) 시켜 상기 배터리 팩(1)으로부터 상기 외부 시스템(300)으로 흐르는 전류를 차단한다.
반면, 상기 제어부(130)는, 상기 전류 감지부(110)으로부터 정상전류 감지신호가 입력되는 경우에는, 상기 스위치부(120)를 온(on) 상태로 유지하여 상기 배터리 팩(1)으로부터 상기 외부 시스템(300)에 흐르는 전류를 유지하도록 한다.
상기 카운터부(140)는, 상기 제어부(130)가 상기 전류 감지부(110)으로부터 과전류 감지신호를 입력 받아 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 수행하는 횟수를 카운트하게 된다.
상기 유입전류 성격 판단부(150)는, 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 설정한다.
여기서, 본 발명에 의한 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치는, 상기 전류 감지부(110)에서 과전류를 감지하는 경우 쇼트 프로텍션(Short Protection)을 동작을 수행하여 상기 제어부(130)가 상기 스위치부(120)를 오프(off) 상태로 변경하게 된다.
이때, 과전류가 감지는 시점과 쇼트 프로텍션(Short Protection)이 동작되어 전류가 차단되는 시점 사이의 시간 동안 과전류에 의해 상기 외부 시스템에 내장된 캐패시턴스(Capacitance) 소자(310)가 순간 충전 된다.
상기 캐패시턴스(Cpacitance) 소자(310)는 상기 배터리 팩(1)의 스위치부(120)과 상기 외부 시스템(300)의 구동회로(320)가 연결되는 경로상에 배치되어, 상기 배터리 팩(1)과 상기 외부 시스템(300)의 체결 시 발생하는 과전류에 의해 상기 외부 시스템의 구동회로(320)가 손상되는 것을 방지 하는 기능을 하는 것이다.
상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 순간 충전되는 충전량과 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전량을 기반으로, 상기 외부시스템(300)에 내장된 캐패시턴스(Capacitance) 소자(310)가 충분히 충전될 수 있는 횟수를 계산하여 상기 계산된 횟수를 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수로 설정하는 것이다.
상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전될 수 있는 횟수의 계산은 아래 수학식 1에 나타낸 바와 같다.
(수학식 1) 
여기서, 
는 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전될 수 있는 횟수, 
은 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량, 
는 과전류에 의해 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 순간 충전되는 충전량을 나타낸다.
상기 유입전류 성격 판단부(150)는 상기 카운터부(140)에서 카운트되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수와 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 비교하게 된다.
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수 이내인 경우에는, 상기 배터리 팩(1)로부터 상기 외부 시스템(300)으로 유입되는 과전류는 돌입전류라고 판단하고 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 해제하여 상기 제어부(130)에 스위치부 온(on) 신호를 출력하도록 한다.
따라서, 본 발명에 의한 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치는, 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작과 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제를 반복하게 되어 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전되도록 하고, 상기 캐패시턴스(Capacitance)가 충분히 충전된 후에는 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 정상전류가 흐르도록 한다.
반면, 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 초과 하는 경우, 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전된 이후에도 과전류로 인하여 쇼트 프로텍션(Short Protection)이 동작하게 되는 것이므로, 상기 유입전류 성격 판단부는 상기 배터리 팩(1)로부터 상기 외부 시스템(300)으로 유입되는 과전류는 쇼트전류라고 판단하고 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 유지하도록 상기 제어부(130)에 스위치부 오프(off) 신호를 출력하도록 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법에 대한 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법은, 해제 횟수 설정단계, 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계 및 돌입/쇼트 전류 구분 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 해제 횟수 설정단계(S100)는, 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 설정하는 단계이다.
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수는, 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템의 체결 시 발생하는 과전류에 의해 상기 외부 시스템의 구동회로가 손상되는 것을 방지 하는 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량 및 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템 체결 시 과전류가 감지된 시점과 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작으로 전류가 차단되는 시점 사이의 시간 동안 상기 과전류에 의해 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충전되는 충전량을 기반으로, 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전될 수 있는 횟수를 계산하여 상기 계산된 횟수를 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수로 설정하는 것이다.
상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전될 수 있는 횟수의 계산은 위에서 설명한 (수학식 1)에 의해 계산할 수 있다.
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 카운트 단계(S200)는, 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 전류 유입 시, 과전류가 유입되면 배터리 팩을 보호하기 위한 쇼트 프로텍션(Short Protection)을 동작하여 유입되는 전류를 차단하고 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수를 카운트(S230)하게 된다.
또한, 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계(S200)는 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 유입되는 전류가 정상전류 또는 과전류인지 감지하는 전류감지단계(S210)를 포함하고, 상기 전류 감지단계(S210)에서 정상전류가 감지되는 경우, 전류 유입을 유지하도록 하는 유입전류 유지단계(S220)를 더 포함한다.
상기 돌입/쇼트 전류 구분단계(S300)는, 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계에서 카운트된 쇼트 프로텍셔(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 비교하여(S310), 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수 이내인 경우에는 돌입전류 유입으로 판단하여 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 해제 하여 전류 유입을 재개하는 전류 유입 재개 단계(S330) 및 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계에서 카운트된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수를 초과하는 경우 쇼트전류 유입으로 판단하여 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 유지하는 전류 차단 유지단계(S320)를 더 포함한다.
1 배터리 팩
110 전류 감지부
120 스위치부
130 제어부
140 카운터부
150 판단부
200 배터리 셀
300 외부 시스템
310 캐패시턴스(Capacitance) 소자
320 구동회로
110 전류 감지부
120 스위치부
130 제어부
140 카운터부
150 판단부
200 배터리 셀
300 외부 시스템
310 캐패시턴스(Capacitance) 소자
320 구동회로
Claims (9)
- 배터리 관리 시스템(BMS)에 배치되며, 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치에 있어서,
배터리 팩에 내장된 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 과전류를 감지하는 전류 감지부;
상기 복수개의 배터리 셀과 상기 외부 시스템의 경로상에 배치되어, 상기 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 흐르는 전류를 연결 또는 차단하는 스위치부;
상기 전류 감지부로부터 과전류 감지 신호가 입력되면 상기 스위치부를 오프(off)시켜 상기 외부 시스템으로 전류 흐름을 차단하는 소트 프로텍션(Short Protection) 동작을 수행하는 제어부;
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 수행 횟수를 카운트하는 카운터부; 및
상기 외부 시스템과 상기 스위치부 사이에 구성되는 캐패시턴스(Capacitance) 소자;
상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량과 과전류가 감지되는 시점과 전류가 차단되는 시점 사이 시간 동안 과전류에 의해 충전되는 캐패시턴스 소자의 순간 충전량의 비를 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수로 설정하고,
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수와 상기 카운터부에서 카운트 되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수를 비교하여 배터리 팩에 내장된 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 전류가 돌입전류인지 또는 쇼트전류인지를 판단하는 입력전류 성격 판단부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치
- 제1항에 있어서,
상기 전류 감지부는,
상기 배터리 팩에 내장된 상기 복수개의 배터리로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 전류가 정상전류인 경우에는 정상전류 감지신호를 상기 제어부로 출력하고, 입력되는 전류가 과전류인 경우에는 과전류 감지신호를 상기 제어부로 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치
- 제1항에 있어서,
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수는,
상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템의 체결 시 발생하는 과전류에 의해 상기 외부 시스템의 구동회로가 손상되는 것을 방지 하는 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량 및 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템 체결 시, 과전류가 감지된 시점과 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작으로 전류가 차단되는 시점 사이의 시간 동안 상기 과전류에 의해 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충전되는 충전량과 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량을 기반으로, 수학식 1에 따라 쇼트 프로텍션(Short protection) 동작 해제 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치
수학식 (1)
=캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전될 수 있는 횟수
= 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량
= 캐패시턴스(Capcitance) 소자의 순간 충전량
- 제1항에 있어서,
상기 입력전류 성격 판단부는,
상기 카운터부에서 카운트되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수 이내인 경우에는 돌입전류 유입으로 판단하여, 상기 제어부에 스위치부 온(on) 신호를 출력하고,
상기 카운터부에서 카운트되는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수를 초과하는 경우 쇼트전류 유입으로 판단하여, 상기 제어부에 스위치부 오프(off) 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치
- 배터리 팩과 커패시턴스 소자를 포함하는 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법에 있어서,
상기 배터리 팩에 내장된 복수개의 배터리 셀로부터 상기 외부 시스템으로 입력되는 과전류를 감지하는 전류 감지단계;
상기 전류 감지단계에서 과전류가 감지되면 쇼트 프로텍션 동작을 수행하여 전류를 차단하고 그 횟수를 카운트하는 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계;
상기 과전류를 감지한 시점과 차단한 시점 사이의 시간동안 상기 과전류에 의해 상기 커패시턴스 소자가 충전되는 순간 충전량의 비를 구하는 순간 충전량 산출단계;
상기 커패시턴스 소자의 충전용량과 상기 순간 충전량의 비를 쇼트 프로텍션 동작 해제 횟수로 설정하는 해제 횟수 설정단계;
상기 설정된 상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수와 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수를 비교하여 입력되는 전류가 돌입전류 또는 쇼트전류 인지를 구분하여 전류 차단을 구분하는 전류 차단 구분단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법
- 제5항에 있어서,
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작의 수행은,
상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템 체결 시 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 과전류가 유입되면 상기 배터리 팩의 스위치부를 오프(off)시켜 상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 전류 흐름이 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법 - 제5항에 있어서,
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수는,
상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템의 체결 시 발생하는 과전류에 의해 상기 외부 시스템의 구동회로가 손상되는 것을 방지 하는 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량 및 상기 배터리 팩과 상기 외부 시스템 체결 시, 과전류가 감지되고 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작으로 전류가 차단되는 사이의 시간 동안 상기 과전류에 의해 상기 캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충전되는 충전량을 기반으로, 수학식 1에 따라 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법
수학식 (1)
=캐패시턴스(Capacitance) 소자가 충분히 충전될 수 있는 횟수
= 캐패시턴스(Capacitance) 소자의 충전용량
= 캐패시턴스(Capcitance) 소자의 순간 충전량
- 제5항에 있어서,
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계는,
상기 배터리 팩으로부터 상기 외부 시스템으로 유입되는 전류가 정상전류인지 또는 과전류인지 감지하는 전류감지단계; 및
상기 유입되는 전류가 정상전류인 경우, 전류 유입을 유지하는 전류유입 유지 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법
- 제5항에 있어서,
상기 전류 차단 구분단계는,
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계에서 카운트된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수와 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 해제 횟수를 비교하여, 상기 쇼트 프로텍션(Short Proteciton) 동작 횟수가 상기 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수 이내인 경우에는 돌입전류 유입으로 판단하여 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 해제하여 전류 유입을 재개하는 전류유입 재개 단계; 및
상기 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수 카운트 단계에서 카운트된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 횟수가 설정된 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작 해제 횟수를 초과하는 경우 쇼트전류 유입으로 판단하여 쇼트 프로텍션(Short Protection) 동작을 유지하는 전류차단 유지 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 외부 시스템 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 방법
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| KR1020170018262A KR102265850B1 (ko) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020170018262A KR102265850B1 (ko) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법 |
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| KR20180092508A KR20180092508A (ko) | 2018-08-20 |
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-
2017
- 2017-02-09 KR KR1020170018262A patent/KR102265850B1/ko active IP Right Grant
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