KR102329981B1 - 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀의 온도측정을 위해 적용되는 서미스터에 스위치 및 타이머를 적용하며, 이때 배터리 셀의 동작상태에 따라 타이머의 동작설정 시간을 조절하여 서미스터에 인가되는 전류를 조절함으로써 서미스터를 통한 소비전류를 감소시킬 수 있는 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

온도감지장치의 소비전류 저감 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING THE CURRENT CONSUMPTION OF TEMPERATURE SENSING DEVICE}
본 발명은 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 배터리 셀의 온도측정을 위해 적용되는 서미스터에 스위치 및 타이머를 적용하며, 이때 배터리 셀의 동작상태에 따라 타이머의 동작설정 시간을 조절하여 서미스터에 인가되는 전류를 조절함으로써 서미스터를 통한 소비전류를 감소시킬 수 있는 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 셀과 연결된 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에서는 배터리 셀의 온도를 측정하기 위해 2개 내지 4개의 포인트에 서미스터(THERMISTOR)라고 하는 반도체 소자를 적용하게 된다.
서미스터는 네거티브(Negative) 방식의 가변저항으로 전압을 가하여 양단의 전압 변화를 감지하여 이를 온도로 환산하는 방식을 사용하게 되는데, 이때 온도 환산 방식은 서미스터로부터 감지되는 양단의 전압 변화를 셀 모니터링 소자(Cell monitoring IC) 혹은 중앙처리유닛(MCU)을 통해 환산하게 된다. 이를 위해서는 항시 서미스터에 전압을 인가하여야 하는데, 이 경우 서미스터의 수가 많아질 경우 혹은 저항값이 낮은 서미스터를 적용할 경우 배터리 셀이 슬립 상태 혹은 셧다운 상태 등에 해당할 경우에는 서미스터를 통한 불필요한 전력낭비를 초라하게 되어 배터리 셀의 용량에도 영향을 끼친다는 문제점을 가지게 된다.
이에, 본 발명자는 상술된 종래의 서미스터를 통한 불필요한 전력낭비 문제를 해결하기 위해, 배터리 셀의 온도측정을 위해 적용되는 서미스터에 스위치 및 타이머를 적용하며, 이때 배터리 셀의 동작상태에 따라 타이머의 동작설정 시간을 조절하여 서미스터에 인가되는 전류를 조절함으로써 서미스터를 통한 소비전류를 감소시킬 수 있는 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템 및 방법을 개발하기에 이르렀다.
한국등록특허 10-1451806호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 배터리 셀의 온도측정을 위해 적용되는 서미스터에 스위치 및 타이머를 적용하며, 이때 배터리 셀의 동작상태에 따라 타이머의 동작설정 시간을 조절하여 서미스터에 인가되는 전류를 조절함으로써 서미스터를 통한 소비전류를 감소시킬 수 있는 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 실시예들 중에서, 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템은 배터리 셀과 연결된 서미스터(THERMISTOR) 및 전압단(VCC) 사이에 마련되어, 상기 전압단으로부터의 전원공급을 제어하는 스위치부, 상기 스위치부와 연결되어 기 설정된 동작신호에 따라 상기 스위치부의 개폐동작을 제어하는 타이머부, 상기 동작신호를 설정하는 중앙처리유닛(Micro Controller Unit; MCU) 및 상기 서미스터로부터 감지되는 배터리 셀의 전압 변화값을 토대로, 상기 배터리 셀의 온도값을 산출하는 모니터링부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 중앙처리유닛은 상기 배터리 셀의 동작상태에 따라 상기 동작신호를 서로 상이하게 설정하며, 상기 동작상태는 디폴트(default) 상태, 슬립(slip) 상태 및 셧다운(shutdown) 상태일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동작상태가 디폴트 상태인 경우, 상기 중앙처리유닛은 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방(OPEN) 상태에서 폐쇄(CLOSE) 상태로 천이(SUCCESSION)되되, 상기 폐쇄 상태가 유지되도록 함으로써 상기 모니터링부를 통한 상기 서미스터의 전압 변화값 감지가 유지되도록 상기 동작신호를 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동작상태가 슬립 상태인 경우, 상기 중앙처리유닛은 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 천이되되, 기 설정된 제1 시간설정신호에 따라 천이되도록 상기 동작신호를 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 시간설정신호는 60초 이상 600초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라, 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동작상태가 셧다운 상태인 경우, 상기 중앙처리유닛은 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 천이되되, 기 설정된 제2 시간설정신호에 따라 천이되도록 상기 동작신호를 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 시간설정신호는 600초 이상 6000초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라, 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타이머부는 실시간 신호(Real Time Clock; RTC) 발생 소자일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 온도감지장치의 소비전류 저감 방법은 중앙처리유닛(MCU)에 의해 설정된 동작신호를 토대로, 타이머부에서 배터리 셀과 연결된 서미스터(THERMISTOR) 및 전압단(VCC) 사이에 마련된 스위치부를 제어하여 상기 전압단으로부터 상기 서미스터로의 전원공급이 제어되는 단계 및 모니터링부에서 상기 서미스터로부터 감지되는 배터리 셀의 전압 변화값을 토대로, 상기 배터리 셀의 온도값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 온도측정을 위해 적용되는 서미스터에 스위치 및 타이머를 적용하며, 이때 배터리 셀의 동작상태에 따라 타이머의 동작설정 시간을 조절하여 서미스터에 인가되는 전류를 조절함으로써 서미스터를 통한 소비전류를 감소시킬 수 있는 이점을 가진다.
특히, 타이머를 RTC 소자로 구현할 경우, 배터리의 동작상태에 관한 조건에 따라 타이머부의 설정을 제어할 수 있기에, 그에 따라 최적의 전류소모방식을 구현할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 배터리 셀의 동작상태에 무관하게 서미스터에 항시 전원을 인가하여 배터리 셀의 온도를 환산하는 종래의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템(100)을 통해 배터리 셀(1)의 온도를 측정하는 일련의 과정을 순서대로 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 배터리 셀의 동작상태에 무관하게 서미스터에 항시 전원을 인가하여 배터리 셀의 온도를 환산하는 종래의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 살펴보면, 하나 이상 연결된 배터리 셀(1)과 인접하게 위치한 서미스터(2)는 일단이 전압단(VCC)와 항시 연결되어 있으며, 서미스터(2)는 양단이 셀 모니터링 소자(3)와 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 서미스터(2)는 항시 전압단으로부터 전원을 인가받게 되는데, 이에 따라 서미스터(2)는 항시 전류를 소모하게 되며, 이러한 소모전류는 배터리 셀(1)의 용량에 영향을 미치는 바, 후술되는 도 2를 통해 이러한 문제점이 해결된 본원발명에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 살펴보면, 본 발명에 따른 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템(100)은 크게 스위치부(110), 타이머부(120), 중앙처리유닛(130) 및 모니터링부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 스위치부(110)는 하나 이상의 배터리 셀(1)과 연결된 서미스터(2) 및 전압단(VCC) 사이에 마련되어, 전압단으로부터의 전원공급을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 스위치부(110)는 일측이 후술되는 타이머부(120)와 연결되어 타이머부(120)의 동작제어신호를 토대로 전압단으로부터 서미스터(2)로 인가되는 전류흐름을 제어하게 되는데, 동작제어신호에 따라 개방(OPEN) 혹은 폐쇄(CLOSE)되게 된다.
한편, 이러한 스위치부(110)는 개방 혹은 폐쇄 상태를 천이시키기 위한 일반적인 스위칭 소자가 적용될 수 있음을 유의한다.
다음으로, 타이머부(120)는 상기 스위치부(110)와 연결되어 미리 설정된 동작신호에 따라 상기 스위치부(110)의 개폐동작을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 타이머부(120)는 실시간 신호(Real Time Clock, RTC) 발생 소자가 적용될 수 있기에 후술되는 중앙처리유닛(130)으로부터 동작신호를 설정 받을 수 있는데, 이때 동작신호는 배터리 셀(1)의 동작상태에 따라 서로 상이하게 설정될 수 있다. 한편, 배터리 셀(1)의 동작상태는 디폴트(default) 상태, 슬립(slip) 상태 및 셧다운(shutdown) 상태를 의미할 수 잇는 바 이는 후술되는 중앙처리유닛(130)에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
다음으로, 중앙처리유닛(MCU, 130)은 상기 동작신호를 설정하되, 배터리 셀(1)의 동작상태(디폴트 상태, 슬립 상태 및 셧다운 상태)에 따라 서로 상이하게 설정하게 된다.
보다 구체적으로, 배터리 셀(1)의 동작상태가 디폴트 상태인 경우, 중앙처리유닛(130)은 스위치부(110)의 개폐 상태가 개방(OPEN) 상태에서 폐쇄(CLOSE) 상태로 천이(SUCCESSION)되도록 하되, 폐쇄 상태가 유지되도록 함으로써 후술되는 모니터링부(140)를 통한 서미스터(2)의 전압 변화값 감지가 유지되도록 한다.
따라서, 이러한 상태에서는 배터리 셀(1)이 정상적으로 동작하는 상태를 의미하는 바, 타이머부(120)를 통한 스위치부(110)의 제어가 별도로 필요하지 않게 된다. 따라서, 이러한 상태에서는 모니터링부(140)를 통해 주기적으로 서미스터(2)의 온도를 검출하게 된다.
만약 배터리 셀(1)의 동작상태가 슬립 상태인 경우, 중앙처리유닛(130)은 스위치부(110)의 개폐 상태가 개방(OPEN) 상태에서 폐쇄(CLOSE) 상태로 천이되도록 하되, 기 설정된 제1 시간설정신호에 따라 천이되도록 한다.
여기에서, 기 설정된 제1 시간설정신호라 함은, 60초 이상 600초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라 스위치부(110)의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되는 신호를 의미할 수 있다.
이때 슬립 상태라 함은, 배터리 셀(1)의 임의의 레디 상태를 의미하는 것으로서, 모니터링부(140)가 슬립 상태로 천이되기 전에 제1 시간설정신호가 설정되며 상기 제1 시간설정신호에 따라 타이머부(120)가 스위치부(110)의 동작을 제어함과 동시에 모니터링부(140)의 슬립 상태를 해제시켜 서미스터(2)의 전압 변화값 감지가 개시되도록 한다.
만약 배터리 셀(1)의 동작상태가 셧다운 상태인 경우, 중앙처리유닛(130)은 스위치부(110)의 개폐 상태가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 천이되도록 하되, 기 설정된 제2 시간설정신호에 따라 천이되도록 한다.
여기에서, 기 설정된 제2 시간설정신호라 함은, 상기 제1 시간설정신호 보다 주기가 긴 600초 이상 6000초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라 스위치부(110)의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되는 신호를 의미할 수 있다.
이때 셧다운 상태라 함은, 배터리 셀의 운송 중 혹은 창고보관 상태 등과 같은 상태를 의미하는 바, 배터리 셀(1)이 임의의 레디 상태에 해당하는 슬립 상태와는 달리 제1 시간설정신호 보다 긴 주기로 배터리 셀(1)의 전압 변화값을 감지하게 된다.
따라서, 배터리 셀(1)의 동작상태에 따라 배터리 셀(1)의 전압 변화값을 감지하는 주기를 설정함으로써, 서미스터(2)에 공급되는 전류의 흐름을 제어할 수 있게 되고 이는 항시 전원을 인가하던 종래방식과는 달리, 배터리 셀(1)의 전압 변화값을 감지하는 시점에 대해서만 전류를 소모할 수 있어 불필요한 전류소모를 방지할 수 있게 된다.
모니터링부(140)는 상술한 서미스터(2)로부터 감지되는 배터리 셀(1)의 전압 변화값을 토대로 배터리 셀(1)의 온도값을 산출하는 역할을 수행할 수 있으며, 이는 종래의 셀 모니터링 소자가 적용될 수 있는 바, 모니터링부(140)에 적용되는 기술은 제한되지 아니함을 유의한다.
다음으로는, 도 3을 통해 본원발명에 따른 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템(100)을 통한 배터리 셀(1)의 온도를 측정하는 일련의 과정을 살펴보기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템(100)을 통해 배터리 셀(1)의 온도를 측정하는 일련의 과정을 순서대로 도시한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 먼저 중앙처리유닛(130)에서 배터리 셀의 동작상태에 따라 동작 신호를 생성하게 된다(S301). 여기에서, 배터리 셀의 동작상태는 디폴트 상태, 슬립 상태 혹은 셧다운 상태 등을 의미할 수 있다.
다음으로, 타이머부(120)에서는 상기 동작신호를 기반으로 스위치부(110)의 개폐 동작을 제어하며(S302), 스위치부(110)를 통해 전압단으로부터 서미스터로의 전원공급을 제어하게 된다(S303).
다음으로는, 모니터링부(140)에서 서미스터로부터 감지되는 배터리 셀(1)의 전압 변화값을 토대로 배터리 셀의 온도값을 산출하게 된다(S304).
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: 배터리 셀
2: 서미스터
3: 셀 모니터링 소자
100: 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템
110: 스위치부
120: 타이머부
130: 중앙처리유닛
140: 모니터링부

Claims (16)

  1. 배터리 셀과 연결된 서미스터(THERMISTOR) 및 전압단(VCC) 사이에 마련되어, 상기 전압단으로부터의 전원공급을 제어하는 스위치부;
    상기 스위치부와 연결되어 기 설정된 동작신호에 따라 상기 스위치부의 개폐동작을 제어하는 타이머부;
    상기 동작신호를 설정하는 중앙처리유닛(Micro Controller Unit; MCU); 및
    상기 서미스터로부터 감지되는 배터리 셀의 전압 변화값을 토대로, 상기 배터리 셀의 온도값을 산출하는 모니터링부;를 포함하고,
    상기 중앙처리유닛은 상기 배터리 셀의 동작상태에 따라 상기 동작신호를 서로 상이하게 설정하되,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 디폴트 상태인 경우, 상기 스위치부가 폐쇄 상태가 유지되도록 상기 동작신호를 설정하고,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 슬립 상태인 경우 또는 셧다운 상태인 경우에는 일정한 시간설정신호에 따라 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태와 폐쇄 상태 간 반복 천이되도록 상기 동작 신호를 설정하되,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 슬립 상태인 경우 제1 시간설정신호에 따라 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 천이되고,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 셧다운 상태인 경우 제2 시간설정신호에 따라 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 천이되고,
    상기 제1 시간설정신호는 상기 제2 시간설정신호보다 짧은 시간 주기로 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되며,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 디폴트 상태인 경우 상기 스위치부가 폐쇄 상태로 유지됨으로써 상기 모니터링부를 통한 상기 서미스터의 전압 변화값 감지가 유지되는 것을 특징으로 하는, 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시간설정신호는,
    60초 이상 600초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라, 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시간설정신호는,
    600초 이상 6000초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라, 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타이머부는,
    실시간 신호(Real Time Clock; RTC) 발생 소자;인 것을 특징으로 하는, 온도감지장치의 소비전류 저감 시스템.
  5. 중앙처리유닛(MCU)이 배터리 셀의 동작상태에 따라 동작신호를 서로 상이하게 설정하는 단계;
    상기 중앙처리유닛에 의해 설정된 동작신호를 토대로, 타이머부에서 배터리 셀과 연결된 서미스터(THERMISTOR) 및 전압단(VCC) 사이에 마련된 스위치부를 제어하여 상기 전압단으로부터 상기 서미스터로의 전원공급이 제어되는 단계; 및
    모니터링부에서 상기 서미스터로부터 감지되는 배터리 셀의 전압 변화값을 토대로, 상기 배터리 셀의 온도값을 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 중앙처리유닛이 배터리 셀의 동작상태에 따라 상기 동작신호를 서로 상이하게 설정하는 단계는,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 디폴트 상태인 경우 상기 스위치부가 폐쇄 상태가 유지되도록 상기 동작신호를 설정하는 단계; 및
    상기 배터리 셀의 동작상태가 슬립 상태인 경우 또는 셧다운 상태인 경우에는 일정한 시간설정신호에 따라 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태와 폐쇄 상태 간 반복 천이되도록 상기 동작 신호를 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 슬립 상태인 경우 제1 시간설정신호에 따라 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 천이되고,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 셧다운 상태인 경우 제2 시간설정신호에 따라 상기 스위치부의 개폐 상태가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 천이되고,
    상기 제1 시간설정신호는 상기 제2 시간설정신호보다 짧은 시간 주기로 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되며,
    상기 배터리 셀의 동작상태가 디폴트 상태인 경우 상기 스위치부가 폐쇄 상태로 유지됨으로써 상기 모니터링부를 통한 상기 서미스터의 전압 변화값 감지가 유지되는 것을 특징으로 하는,
    온도감지장치의 소비전류 저감 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 시간설정신호는,
    60초 이상 600초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라, 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 온도감지장치의 소비전류 저감 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 시간설정신호는,
    600초 이상 6000초 미만에 해당하는 시간의 주기에 따라, 상기 스위치부의 개폐가 반복하여 천이되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 온도감지장치의 소비전류 저감 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 타이머부는,
    실시간 신호(Real Time Clock; RTC) 발생 소자;인 것을 특징으로 하는, 온도감지장치의 소비전류 저감 방법.
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