KR102446796B1 - Apparatus and method for controlling electric current for a battery pack - Google Patents
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Abstract
배터리팩을 위한 전류 제어 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어 장치는, 상기 배터리팩의 전류 경로의 제1 노드와 제2 노드 사이에 상호 병렬 연결되는 복수의 스위칭 회로 상기 전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서 및 상기 각 스위칭 회로 및 상기 전류 센서에 동작 가능하게 결합되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 측정된 전류를 기초로, 기준 전류를 결정한다. 상기 제어부는, 상기 기준 전류를 기초로, 목표 개수를 산출한다. 상기 제어부는, 상기 복수의 스위칭 회로 중 상기 목표 개수와 동일한 개수의 상기 스위칭 회로를 선택한다. 상기 제어부는, 상기 선택된 각 스위칭 회로를 턴 온 상태로 전환하기 위한 스위칭 신호를 출력한다.A current control apparatus and method for a battery pack are provided. A current control device according to an embodiment of the present invention is a current sensor configured to measure a current flowing through the current path of a plurality of switching circuits interconnected in parallel between a first node and a second node of the current path of the battery pack and a control unit operatively coupled to each of the switching circuits and the current sensor. The controller determines a reference current based on the measured current. The control unit calculates the target number based on the reference current. The control unit selects the same number of the switching circuits as the target number from among the plurality of switching circuits. The control unit outputs a switching signal for switching each of the selected switching circuits to a turn-on state.
Description
본 발명은 배터리팩을 위한 전류 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리팩의 충전 및 방전 시에 배터리팩의 전류 경로를 통해 흐르는 전류의 크기를 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for controlling a current for a battery pack, and more particularly, to an apparatus and method for controlling the magnitude of a current flowing through a current path of a battery pack during charging and discharging of the battery pack. .
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and portable telephones is rapidly increasing, and development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, satellites, etc. is in full swing, high-performance batteries that can be repeatedly charged and discharged have been developed. Research is actively underway.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently, commercially available batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium batteries. It is attracting attention due to its low energy density and high energy density.
배터리팩과 부하 사이의 전류 경로에는 배터리팩을 통해 흐르는 전류를 조절하기 위한 기계식 릴레이가 설치되는 것이 일반적이다. 기계식 릴레이는, 제어 신호에 따라 접점(contact)이 물리적으로 이동함으로써, 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태가 된다. 따라서, 기계식 릴레이가 턴 온 상태에서 턴 오프 상태로 또는 턴 오프 상태에서 턴 온 상태로 바뀔 때마다 접점으로부터 소음이 발생하여, 사용자에게 불편을 끼친다. A mechanical relay for regulating the current flowing through the battery pack is usually installed in the current path between the battery pack and the load. The mechanical relay is turned on or turned off by physically moving a contact according to a control signal. Therefore, whenever the mechanical relay is changed from the turn-on state to the turn-off state or from the turn-off state to the turn-on state, a noise is generated from the contact, causing inconvenience to the user.
게다가, 기계식 릴레이는 외부로부터의 충격에 의해 원하지 않는 상태로 전환될 수 있다. 예컨대, 차량 충돌 사고 발생 시, 기계식 릴레이가 의도치 않게 턴 오프 상태로부터 턴 온 상태로 전환될 수 있다. 이는, 사용자에게 큰 위험 요소로 작용할 수 있다.In addition, the mechanical relay may be switched to an undesired state by an impact from the outside. For example, when a vehicle crash occurs, the mechanical relay may be unintentionally switched from a turned-off state to a turned-on state. This may act as a great risk factor for users.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기계식 릴레이를 대체하는 복수의 스위칭 회로를 포함하는 전류 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a current control device including a plurality of switching circuits replacing a mechanical relay, and a method for controlling the same.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention may be understood by the following description, and will become more clearly understood by the examples of the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리팩을 위한 전류 제어 장치는, 상기 배터리팩의 전류 경로의 제1 노드와 제2 노드 사이에 상호 병렬 연결되는 복수의 스위칭 회로; 상기 전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서; 및 상기 각 스위칭 회로 및 상기 전류 센서에 동작 가능하게 결합되는 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 측정된 전류를 기초로, 기준 전류를 결정한다. 상기 제어부는, 상기 기준 전류를 기초로, 목표 개수를 산출한다. 상기 제어부는, 상기 복수의 스위칭 회로 중 상기 목표 개수와 동일한 개수의 상기 스위칭 회로를 선택한다. 상기 제어부는, 상기 선택된 각 스위칭 회로를 턴 온 상태로 전환하기 위한 스위칭 신호를 출력한다.A current control apparatus for a battery pack according to an aspect of the present invention includes: a plurality of switching circuits interconnected in parallel between a first node and a second node of a current path of the battery pack; a current sensor configured to measure a current flowing through the current path; and a control unit operatively coupled to each of the switching circuits and the current sensor. The controller determines a reference current based on the measured current. The control unit calculates the target number based on the reference current. The control unit selects the same number of the switching circuits as the target number from among the plurality of switching circuits. The control unit outputs a switching signal for switching each of the selected switching circuits to a turn-on state.
상기 각 스위칭 회로는, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 서로 직렬 연결되는 충전 모스펫 및 방전 모스펫을 포함할 수 있다.Each of the switching circuits may include a charging MOSFET and a discharging MOSFET connected in series between the first node and the second node.
상기 제어부는, 과거 관측 기간 동안 상기 전류 센서에 의해 측정된 전류의 변화 추이를 기초로, 상기 기준 전류를 결정할 수 있다. The controller may determine the reference current based on a change trend of the current measured by the current sensor during the past observation period.
상기 제어부는, 상기 관측 기간 동안 상기 전류 센서에 의해 측정된 전류의 최대값을 상기 기준 전류로 결정할 수 있다. 상기 기준 전류는, 미리 정해진 임계 전류 이하일 수 있다.The controller may determine a maximum value of the current measured by the current sensor during the observation period as the reference current. The reference current may be less than or equal to a predetermined threshold current.
상기 제어부는, 상기 각 스위칭 회로의 누적 사용 기간을 기초로, 상기 각 스위칭 회로의 열화도를 산출할 수 있다. 상기 누적 사용 기간은, 상기 각 스위칭 회로가 현재까지 턴 온 상태로 동작한 시간의 누적량이다.The control unit may calculate a degree of deterioration of each of the switching circuits based on a cumulative use period of each of the switching circuits. The accumulated use period is an accumulated amount of time each of the switching circuits has operated in a turned-on state until now.
상기 제어부는, 상기 각 스위칭 회로의 누적 전류량을 더 기초로, 상기 각 스위칭 회로의 상기 열화도를 산출할 수 있다. 상기 누적 전류량은, 상기 각 스위칭 회로를 통해 현재까지 흐른 전류의 누적량이다.The control unit may calculate the degree of deterioration of each of the switching circuits further based on the accumulated current amount of each of the switching circuits. The accumulated current amount is an accumulated amount of current flowing through each of the switching circuits up to now.
상기 복수의 스위칭 회로 중 상기 열화도가 낮은 순서대로 상기 목표 개수의 상기 스위칭 회로가 상기 스위칭 신호에 의해 상기 턴 온 상태로 전환될 수 있다.The target number of the switching circuits in the order of decreasing the degree of deterioration among the plurality of switching circuits may be switched to the turn-on state by the switching signal.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리팩은 상기 전류 제어 장치를 포함한다.A battery pack according to another aspect of the present invention includes the current control device.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리팩을 위한 전류 제어 방법은, 전류 센서에 동작 가능하게 결합된 제어부가 상기 전류 센서에 의해 측정된 상기 배터리팩의 전류를 나타내는 전류 신호를 수신하는 단계; 상기 제어부가 상기 측정된 전류를 기초로, 기준 전류를 결정하는 단계; 상기 제어부가 상기 기준 전류를 기초로, 목표 개수를 산출하는 단계; 상기 제어부가 복수의 스위칭 회로 중 상기 목표 개수와 동일한 개수의 상기 스위칭 회로를 선택하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 선택된 각 스위칭 회로를 턴 온 상태로 전환하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 단계를 포함한다.A current control method for a battery pack according to another aspect of the present invention comprises the steps of: receiving, by a control unit operatively coupled to a current sensor, a current signal representing a current of the battery pack measured by the current sensor; determining, by the controller, a reference current based on the measured current; calculating, by the controller, a target number based on the reference current; selecting, by the control unit, the same number of the switching circuits as the target number from among a plurality of switching circuits; and outputting, by the control unit, a switching signal for switching each of the selected switching circuits to a turn-on state.
상기 기준 전류는, 과거 관측 기간 동안 상기 전류 센서에 의해 측정된 전류의 최대값에 기초하여 결정될 수 있다.The reference current may be determined based on a maximum value of a current measured by the current sensor during a past observation period.
상기 제어부가 상기 각 스위칭 회로의 누적 사용 기간을 기초로 상기 각 스위칭 회로의 열화도를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 누적 사용 기간은, 상기 각 스위칭 회로가 현재까지 턴 온 상태로 동작한 시간의 누적량이다.The method may further include calculating, by the control unit, the degree of deterioration of each of the switching circuits based on the cumulative use period of each of the switching circuits. The accumulated use period is an accumulated amount of time each of the switching circuits has operated in a turned-on state until now.
상기 복수의 스위칭 회로 중 상기 열화도가 낮은 순서대로 상기 목표 개수의 상기 스위칭 회로가 상기 스위칭 신호에 의해 상기 턴 온 상태로 전환될 수 있다.The target number of the switching circuits in the order of decreasing the degree of deterioration among the plurality of switching circuits may be switched to the turn-on state by the switching signal.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 스위칭 회로를 이용하여 기계식 릴레이를 대체할 수 있다. 이에 따라, 소음 등과 같은 기계식 릴레이의 단점을 해소할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to replace the mechanical relay using a plurality of switching circuits. Accordingly, it is possible to solve the disadvantages of the mechanical relay, such as noise.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 스위칭 회로 각각의 열화도에 따라, 각 스위칭 회로를 선택적으로 제어함으로써, 복수의 스위칭 회로 중 일부가 나머지보다 과도하게 사용되는 상황을 방지할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by selectively controlling each switching circuit according to the degree of deterioration of each of the plurality of switching circuits, a situation in which some of the plurality of switching circuits are used excessively than the others is prevented can do.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 스위칭 회로를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 스위칭 회로를 등가 저항으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩을 위한 전류 제어 방법을 보여주는 순서도이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later, so the present invention is described in such drawings should not be construed as being limited only to
1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram exemplarily illustrating the switching circuit shown in FIG. 1 .
3 is a diagram illustrating the switching circuit shown in FIG. 1 as an equivalent resistance.
4 is a flowchart illustrating a current control method for a battery pack according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 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. Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is merely the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. are used for the purpose of distinguishing any one of various components from the others, and are not used to limit the components by such terms.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, a term such as <control unit> described in the specification means a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.In addition, throughout the specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another element interposed therebetween. include
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 스위칭 회로를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 스위칭 회로를 등가 저항으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram exemplarily showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram exemplarily showing the switching circuit shown in FIG. 1, and FIG. 3 is the switching shown in FIG. A diagram showing the circuit as an equivalent resistance.
도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은, 배터리 모듈(20) 및 전류 제어 장치(100)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a
배터리 모듈(20)은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 각 배터리 셀은, 예컨대 리튬 이온 배터리일 수 있다. 물론, 배터리 셀의 종류가 리튬 이온 배터리에 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 배터리 모듈(20)에 포함된 각 배터리 셀은, 다른 배터리 셀과 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된다.The
전류 제어 장치(100)는, 전류 센서(120), 복수의 스위칭 회로(SC) 및 제어부(130)를 포함한다.The current control device 100 includes a
전류 센서(120)는, 배터리팩(10)의 전류 경로인 고전압 라인(HL) 또는 저전압 라인(LL)에 설치된다. 전류 센서(120)는, 전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된다. 전류 센서(120)는, 측정된 전류를 나타내는 전류 신호를 제어부(130)에게 출력한다.The
복수의 스위칭 회로(SC)는, 전류 경로의 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 전기적으로 연결된다. 복수의 스위칭 회로(SC)는, 서로 전기적으로 병렬 연결된다. 설명의 편의를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 전류 제어 장치(100)가 5개의 스위칭 회로(SC1~SC5)를 포함하는 것으로 가정한다. 물론, 5개 미만 또는 6개 이상의 스위칭 회로(SC)가 전류 제어 장치(100)에 포함될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 다른 물리적 위치에 순차적으로 배치될 수 있다.The plurality of switching circuits SC are electrically connected between the first node N1 and the second node N2 of the current path. The plurality of switching circuits SC are electrically connected in parallel to each other. For convenience of description, it is assumed that the current control device 100 includes five switching circuits SC1 to SC5 as shown in FIG. 1 . Of course, it should be understood that less than five or more than six switching circuits SC may be included in the current control device 100 . The plurality of switching circuits SC1 to SC5 may be sequentially disposed at different physical locations, as shown in FIG. 1 .
도 2를 참조하면, 각 스위칭 회로(SC)는, 충전 모스펫(FC) 및 방전 모스펫(FD)을 포함할 수 있다. 각 스위칭 회로(SC)에 포함되는 충전 모스펫(FC)과 방전 모스펫(FD)은, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에서 서로 직렬로 연결된다.Referring to FIG. 2 , each switching circuit SC may include a charging MOSFET FC and a discharging MOSFET FD. The charging MOSFET FC and the discharging MOSFET FD included in each switching circuit SC are connected in series between the first node N1 and the second node N2 .
충전 모스펫(FC)은, 소스, 드레인, 게이트 및 기생 다이오드를 포함한다. 충전 모스펫(FC)의 게이트에 임계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우, 충전 모스펫(FC)은 턴 오프 상태로부터 턴 온 상태로 전환된다. 충전 모스펫(FC)은, 제1 온 저항(on-resistance)(R1)를 가진다. The charging MOSFET FC includes a source, a drain, a gate, and a parasitic diode. When a voltage equal to or greater than the threshold voltage is applied to the gate of the charging MOSFET FC, the charging MOSFET FC is switched from the turned-off state to the turn-on state. The charging MOSFET FC has a first on-resistance R1.
방전 모스펫(FD)은, 소스, 드레인, 게이트 및 기생 다이오드를 포함한다. 방전 모스펫(FD)의 게이트에 임계 전압 이상의 전압이 인가되는 경우, 방전 모스펫(FD)은 턴 오프 상태로부터 턴 온 상태로 전환된다. 방전 모스펫(FD)은, 제2 온 저항(R2)을 가진다. 온 저항이란, 턴 온 상태에서 모스펫의 소스와 드레인 사이의 내부저항이다. 도 3을 참조하면, 스위칭 회로(SC)의 충전 모스펫(FC)과 방전 모스펫(FD)이 모두 턴 온 상태인 경우, 스위칭 회로(SC)는 제1 온 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 합과 동일한 등가 저항을 가지는 저항기(resistor)로 취급될 수 있다.The discharge MOSFET FD includes a source, a drain, a gate, and a parasitic diode. When a voltage equal to or greater than the threshold voltage is applied to the gate of the discharge MOSFET FD, the discharge MOSFET FD is switched from the turned-off state to the turn-on state. The discharge MOSFET FD has a second on-resistance R2. The on-resistance is the internal resistance between the source and drain of the MOSFET in the turned-on state. Referring to FIG. 3 , when both the charging MOSFET FC and the discharging MOSFET FD of the switching circuit SC are turned on, the switching circuit SC has a first on-resistance R1 and a second resistor R2 ) can be treated as a resistor with an equivalent resistance equal to the sum of
충전 모스펫(FC)의 기생 다이오드와 방전 모스펫(FD)의 기생 다이오드는 서로 역방향으로 연결된다. 즉, 충전 모스펫(FC)의 기생 다이오드의 애노드가 방전 모스펫(FD)의 기생 다이오드의 애노드에 연결되거나, 충전 모스펫(FC)의 기생 다이오드의 캐소드가 방전 모스펫(FD)의 기생 다이오드의 캐소드에 연결될 수 있다. 이에 따라, 충전 모스펫(FC)과 방전 모스펫(FD)이 모두 턴 오프 상태를 가지는 동안, 전류 경로를 통한 전류의 흐름은 차단된다.The parasitic diode of the charging MOSFET FC and the parasitic diode of the discharging MOSFET FD are connected in opposite directions. That is, the anode of the parasitic diode of the charging MOSFET FC is connected to the anode of the parasitic diode of the discharging MOSFET FD, or the cathode of the parasitic diode of the charging MOSFET FC is connected to the cathode of the parasitic diode of the discharging MOSFET FD. can Accordingly, while both the charging MOSFET FC and the discharging MOSFET FD have the turned-off state, the flow of current through the current path is blocked.
각 스위칭 회로(SC)에 포함되는 충전 모스펫(FC)의 게이트와 방전 모스펫(FD)의 게이트는 공통 노드(CN)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 제어부(130)가 스위칭 신호(예, 3Vdc)를 공통 노드(CN)에 출력하는 경우, 스위칭 신호는 충전 모스펫(FC)의 게이트와 방전 모스펫(FD)의 게이트 둘 다에게 인가된다. 제어부(130)에 의해 출력되는 스위칭 신호는, 임계 전압과 같거나 더 큰 전압을 가지는 신호일 수 있다.The gate of the charging MOSFET FC and the gate of the discharging MOSFET FD included in each switching circuit SC are electrically connected to each other through the common node CN. Accordingly, when the
제어부(130)는, 전류 센서(120) 및 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(130)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 제어부(130)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.The
제어부(130)는, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5)를 선택적으로 온오프하도록 구성된다. 구체적으로, 제어부(130)는, 복수의 전선(SL1~SL5)을 통해 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5)에 전기적으로 연결된다. 제어부(130)는, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중 일부에게만 스위칭 신호를 출력하고, 나머지 스위칭 회로(SC)에게는 스위칭 신호를 출력하지 않을 수 있다. 이에 따라, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중 일부만이 턴 온 상태에서 동작하고, 나머지 스위칭 회로(SC)는 턴 오프 상태에서 동작할 수 있다. 물론, 제어부(130)는, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 모두에게 스위칭 신호를 출력할 수도 있다.The
제어부(130)는, 전류 센서(120)로부터 주기적으로 전송되는 전류 신호를 기초로, 기준 전류를 주기적으로 결정할 수 있다. 제어부(130)는, 현 시점을 기준으로 과거의 관측 기간 동안 전류 센서(120)에 의해 측정된 전류의 변화 추이를 기초로, 기준 전류를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는, 관측 기간 동안 전류 센서(120)에 의해 다수회 측정된 전류의 최대값을 기준 전류로 결정할 수 있다. 기준 전류가 결정되는 주기는, 전류 센서(120)에 의해 전류가 측정되는 주기와 동일할 수 있다.The
배터리팩(10)의 충전 또는 방전 시에 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에서 소비되는 전력 P은, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)를 통해 흐르는 전류 I의 제곱에 비례하고, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이의 저항 R에 반비례한다. 즉, P = I2R이다. Power P consumed between the first node N1 and the second node N2 during charging or discharging of the
소비 전력 P이 커질수록 발열량이 커지고, 발열량이 일정 수준 이상이 되면 각 스위칭 회로(SC)가 파손될 우려가 있다. 따라서, 전류 I를 기초로 저항 R을 조절함으로써, 소비 전력 P을 미리 정해진 최대 전력 Pmax 이하로 유지하는 것이 요구된다. 저항 R은, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중 턴 온 상태인 스위칭 회로(SC)에 의해 결정된다. As the power consumption P increases, the amount of heat is increased, and when the amount of heat is greater than a certain level, there is a risk of damage to each of the switching circuits SC. Therefore, by adjusting the resistance R based on the current I, it is required to keep the power consumption P below the predetermined maximum power P max . The resistance R is determined by the switching circuit SC in the turned-on state among the plurality of switching circuits SC1 to SC5.
제어부(130)는, 기준 전류를 기초로 목표 개수를 산출할 수 있다. 목표 개수는, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중에서 턴 온 상태로 전환시킬 스위칭 회로(SC)의 개수이다. 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중 n개가 턴 온 상태인 경우, 저합 합성 원리에 따라 저항 R은 3/n밀리옴이 된다. The
이해를 돕기 위해, 최대 전력 Pmax은 60W이고, 배터리팩(10)의 미리 정해진 최대 허용 전류를 나타내는 임계 전류가 300A이며, 각 스위칭 회로(SC)가 턴 온 상태에서 등가 저항이 3밀리옴[mili-ohm]이라고 가정해보자.For better understanding, the maximum power P max is 60 W, the threshold current representing the predetermined maximum allowable current of the
만약 기준 전류가 300A라면, 저항 R이 60/(300×300)옴 이하가 되어야만, 소비 전력 P가 최대 전력 Pmax 이하가 된다. 최소 5개의 스위칭 회로(SC)가 턴 온 상태로 되어야만 저항 R이 60/(300×300)옴 이하가 되므로, 제어부(130)는 목표 개수로서 5를 산출한다.If the reference current is 300A, the resistance R must be less than or equal to 60/(300×300) ohms, so that the power consumption P becomes less than or equal to the maximum power P max . Since the resistance R becomes 60/(300×300) ohms or less only when at least five switching circuits SC are turned on, the
만약 기준 전류가 270A라면, 저항 R이 60/(270×270)옴 이하가 되어야만, 소비 전력 P가 최대 전력 Pmax 이하가 된다. 최소 4개의 스위칭 회로(SC)가 턴 온 상태로 되어야만 저항 R이 60/(270×270)옴 이하가 되므로, 제어부(130)는 목표 개수로서 4을 산출한다.If the reference current is 270A, the resistance R must be 60/(270×270) ohms or less, so that the power consumption P becomes less than or equal to the maximum power P max . Since the resistance R becomes 60/(270×270) ohms or less only when at least four switching circuits SC are turned on, the
만약, 기준 전류가 240A라면, 저항 R이 60/(240×240)옴 이하가 되어야만, 소비 전력 P가 최대 전력 Pmax 이하가 된다. 최소 3개의 스위칭 회로(SC)가 턴 온 상태로 되어야만 저항 R이 60/(240×240)옴 이하가 되므로, 제어부(130)는 목표 개수로서 3을 산출한다.If the reference current is 240A, the resistance R must be 60/(240×240) ohms or less, so that the power consumption P becomes the maximum power P max or less. Since the resistance R becomes 60/(240×240) ohms or less only when at least three switching circuits SC are turned on, the
만약, 기준 전류가 200A라면, 저항 R이 60/(200×200)옴 = 1.5밀리옴 이하가 되어야만, 소비 전력 P가 최대 전력 Pmax 이하가 된다. 최소 2개의 스위칭 회로(SC)가 턴 온 상태로 되어야만 저항 R이 1.5밀리옴 이하가 되므로, 제어부(130)는 목표 개수로서 2을 산출한다.If the reference current is 200A, the resistance R must be 60/(200×200) ohms = 1.5 milliohms or less, so that the power consumption P becomes the maximum power P max or less. Since the resistance R becomes 1.5 milliohms or less only when the at least two switching circuits SC are turned on, the
만약, 기준 전류가 150A라면, 저항 R이 60/(150×150)옴 이하가 되어야만, 소비 전력 P가 최대 전력 Pmax 이하가 된다. 최소 1개의 스위칭 회로(SC)가 턴 온 상태로 되어야만 저항 R이 60/(150×50)옴 이하가 되므로, 제어부(130)는 목표 개수로서 1을 산출한다.If the reference current is 150A, the resistance R must be 60/(150×150) ohms or less, so that the power consumption P becomes the maximum power P max or less. Since the resistance R becomes 60/(150×50) ohms or less only when at least one switching circuit SC is turned on, the
목표 개수가 산출되면, 제어부(130)는 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중 목표 개수와 동일한 개수의 스위칭 회로(SC)를 랜덤하게 선택한 다음, 선택된 각 스위칭 회로(SC)를 턴 온 상태로 전환하기 위한 스위칭 신호를 출력한다. 예컨대, 목표 개수가 3인 경우, 제어부(130)는 스위칭 회로(SC1), 스위칭 회로(SC2) 및 스위칭 회로(SC3)에게 스위칭 신호를 출력하고, 스위칭 회로(SC4) 및 스위칭 회로(SC5)에게는 스위칭 신호를 출력하지 않을 수 있다.When the target number is calculated, the
대안적으로, 제어부(130)는, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중 열화도가 낮은 순서대로 목표 개수의 스위칭 회로(SC)에게 스위칭 신호를 출력할 수 있다. 이를 위해, 제어부(130)는, 각 스위칭 회로(SC)의 열화도를 주기적으로 결정할 수 있다. Alternatively, the
제어부(130)는, 각 스위칭 회로(SC)의 누적 사용 기간을 기초로, 각 스위칭 회로(SC)의 열화도를 산출할 수 있다. 누적 사용 기간이란, 각 스위칭 회로(SC)가 배터리팩(10)에 장착된 때로부터 현재까지 턴 온 상태로 동작한 시간의 누적량이다.The
제어부(130)는, 각 스위칭 회로(SC)의 누적 전류량을 더 기초로, 각 스위칭 회로(SC)의 상기 열화도를 산출할 수 있다. 누적 전류량은, 각 스위칭 회로(SC)를 통해 현재까지 흐른 전류의 누적량이다.The
제어부(130)는, 다음의 수학식 1을 이용하여, 스위칭 회로(SCi,i=1~5)의 열화도를 산출할 수 있다.The
<수학식 1><Equation 1>
DDi = (α×Ai) + (β×Bi)DD i = (α×A i ) + (β×B i )
수학식 1에서, α는 미리 정해진 양의 제1 가중치, β는 미리 정해진 양의 제2 가중치, Ai는 스위칭 회로(SCi)의 누적 사용 기간, Bi는 스위칭 회로(SCi)의 누적 전류량, DDi는 스위칭 회로(SCi)의 열화도이다.In Equation 1, α is a first weight of a predetermined amount, β is a second weight of a predetermined amount, A i is the accumulated use period of the switching circuit SCi, B i is the accumulated current amount of the switching circuit SCi, DD i is the deterioration degree of the switching circuit SCi.
예를 들어, 목표 개수가 3이고, DD1 < DD3 < DD4 < DD2 = DD5 이면, 제어부(130)는 스위칭 회로(SC1), 스위칭 회로(SC3) 및 스위칭 회로(SC4)에게 스위칭 신호를 출력할 수 있다.For example, if the target number is 3 and DD 1 < DD 3 < DD 4 < DD 2 = DD 5 , the
다른 예로, 목표 개수가 4이고, DD1 < DD2 = DD3 < DD4 = DD5 이면, 제어부(130)는 스위칭 회로(SC1), 스위칭 회로(SC2), 스위칭 회로(SC3) 및 스위칭 회로(SC4)에게 스위칭 신호를 출력할 수도 있으나, 그 대신 스위칭 회로(SC1), 스위칭 회로(SC2), 스위칭 회로(SC3) 및 스위칭 회로(SC5)에게 스위칭 신호를 출력할 수 있다. 그 이유는, 스위칭 회로(SC4)보다 스위칭 회로(SC5)가 스위칭 회로들(SC1, SC2, SC3)로부터의 거리가 멀어 열 방출에 유리할 수 있기 때문이다.As another example, when the target number is 4 and DD 1 < DD 2 = DD 3 < DD 4 = DD 5 , the
또 다른 예로, 목표 개수가 2이고, DD1 = DD2 = DD3 = DD4 = DD5 이면, 제어부(130)는 서로 가장 멀리 떨어진 스위칭 회로(SC1) 및 스위칭 회로(SC5)에게 스위칭 신호를 출력할 수 있다. 물론, 제어부(130)는, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5)로부터 조합 가능한 나머지 9가지의 쌍 중 어느 한 쌍에게 스위칭 신호를 출력할 수도 있다.As another example, if the target number is 2 and DD 1 = DD 2 = DD 3 = DD 4 = DD 5 , the
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩(10)을 위한 전류 제어 방법을 보여주는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a current control method for the
도 1 내지 도 4를 참조하면, 단계 400에서, 제어부(130)는, 전류 센서(120)에 의해 관측 기간동안 주기적으로 측정된 배터리팩(10)의 전류를 나타내는 전류 신호를 수신한다.1 to 4 , in step 400 , the
단계 410에서, 제어부(130)는, 관측 기간동안 주기적으로 측정된 전류를 기초로, 기준 전류를 결정한다. In step 410, the
단계 420에서, 제어부(130)는, 기준 전류를 기초로, 목표 개수를 산출한다.In step 420 , the
단계 430에서, 제어부(130)는, 복수의 스위칭 회로(SC1~SC5) 중 목표 개수와 동일한 개수의 스위칭 회로(SC)를 선택한다.In step 430 , the
단계 440에서, 제어부(130)는, 선택된 각 스위칭 회로(SC)를 턴 온 상태로 전환하기 위한 스위칭 신호를 출력한다.In step 440 , the
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded. The implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.In the above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below with the technical idea of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It goes without saying that various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다. In addition, since the present invention described above is capable of various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, the above-described embodiments and attachments It is not limited by the drawings, and all or part of each embodiment may be selectively combined so that various modifications may be made.
10: 배터리팩
20: 배터리 모듈
100: 전류 제어 장치
SC: 스위칭 회로
120: 전류 센서
130: 제어부10: battery pack
20: battery module
100: current control device
SC: switching circuit
120: current sensor
130: control unit
Claims (13)
상기 배터리팩의 전류 경로의 제1 노드와 제2 노드 사이에 상호 병렬 연결되는 복수의 스위칭 회로;
상기 전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서; 및
상기 각 스위칭 회로 및 상기 전류 센서에 동작 가능하게 결합되는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 측정된 전류를 기초로, 기준 전류를 결정하고,
상기 기준 전류를 기초로, 목표 개수를 산출하고,
상기 복수의 스위칭 회로 중 열화도가 낮은 순서대로 상기 목표 개수와 동일한 개수의 상기 스위칭 회로를 선택하고,
상기 선택된 각 스위칭 회로를 턴 온 상태로 전환하기 위한 스위칭 신호를 출력하도록 구성되는, 전류 제어 장치.
A current control device for a battery pack, comprising:
a plurality of switching circuits interconnected in parallel between a first node and a second node of a current path of the battery pack;
a current sensor configured to measure a current flowing through the current path; and
a control unit operatively coupled to each of the switching circuits and the current sensor;
The control unit is
Based on the measured current, determine a reference current,
Calculate the target number based on the reference current,
selecting the same number of the switching circuits as the target number in the order of decreasing the degree of degradation among the plurality of switching circuits;
and output a switching signal for switching each of the selected switching circuits into a turned-on state.
상기 각 스위칭 회로는,
상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 서로 직렬 연결되는 충전 모스펫 및 방전 모스펫을 포함하는, 전류 제어 장치.
According to claim 1,
Each of the switching circuits,
and a charging MOSFET and a discharging MOSFET connected in series between the first node and the second node.
상기 제어부는,
과거 관측 기간 동안 상기 전류 센서에 의해 측정된 전류의 변화 추이를 기초로, 상기 기준 전류를 결정하는, 전류 제어 장치.
According to claim 1,
The control unit is
and determining the reference current based on a change trend of the current measured by the current sensor during a past observation period.
상기 제어부는,
상기 관측 기간 동안 상기 전류 센서에 의해 측정된 전류의 최대값을 상기 기준 전류로 결정하는, 전류 제어 장치.
4. The method of claim 3,
The control unit is
and determining a maximum value of the current measured by the current sensor during the observation period as the reference current.
상기 기준 전류는,
미리 정해진 임계 전류 이하인, 전류 제어 장치.
According to claim 1,
The reference current is
A current control device that is below a predetermined threshold current.
상기 제어부는,
상기 각 스위칭 회로의 누적 사용 기간을 기초로, 상기 각 스위칭 회로의 열화도를 산출하되,
상기 누적 사용 기간은, 상기 각 스위칭 회로가 현재까지 턴 온 상태로 동작한 시간의 누적량인, 전류 제어 장치.
According to claim 1,
The control unit is
Calculating the degree of deterioration of each of the switching circuits based on the cumulative usage period of each of the switching circuits,
and the accumulated use period is an accumulated amount of time during which each of the switching circuits has operated in a turned-on state until now.
상기 제어부는,
상기 각 스위칭 회로의 누적 전류량을 더 기초로, 상기 각 스위칭 회로의 상기 열화도를 산출하되,
상기 누적 전류량은, 상기 각 스위칭 회로를 통해 현재까지 흐른 전류의 누적량인, 전류 제어 장치.
7. The method of claim 6,
The control unit is
Calculating the degree of deterioration of each of the switching circuits further based on the accumulated current amount of each of the switching circuits,
The accumulated current amount is an accumulated amount of current flowing through each of the switching circuits until now.
를 포함하는, 배터리팩.
A current control device according to any one of claims 1 to 7;
A battery pack comprising a.
전류 센서에 동작 가능하게 결합된 제어부가 상기 전류 센서에 의해 측정된 상기 배터리팩의 전류를 나타내는 전류 신호를 수신하는 단계;
상기 제어부가 상기 측정된 전류를 기초로, 기준 전류를 결정하는 단계;
상기 제어부가 상기 기준 전류를 기초로, 목표 개수를 산출하는 단계;
상기 제어부가 복수의 스위칭 회로 중 열화도가 낮은 순서대로 상기 목표 개수와 동일한 개수의 상기 스위칭 회로를 선택하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 선택된 각 스위칭 회로를 턴 온 상태로 전환하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는, 전류 제어 방법.
In the current control method for a battery pack,
receiving, by a control unit operatively coupled to a current sensor, a current signal indicative of a current in the battery pack measured by the current sensor;
determining, by the controller, a reference current based on the measured current;
calculating, by the controller, a target number based on the reference current;
selecting, by the control unit, the same number of the switching circuits as the target number in the order of decreasing the degree of deterioration from among the plurality of switching circuits; and
outputting, by the control unit, a switching signal for switching each of the selected switching circuits to a turn-on state;
Including, a current control method.
상기 기준 전류는,
과거 관측 기간 동안 상기 전류 센서에 의해 측정된 전류의 최대값에 기초하는, 전류 제어 방법.
11. The method of claim 10,
The reference current is
based on the maximum value of the current measured by the current sensor during a past observation period.
상기 제어부가 상기 각 스위칭 회로의 누적 사용 기간을 기초로 상기 각 스위칭 회로의 열화도를 산출하는 단계;
를 더 포함하되,
상기 누적 사용 기간은, 상기 각 스위칭 회로가 현재까지 턴 온 상태로 동작한 시간의 누적량인, 전류 제어 방법.
11. The method of claim 10,
calculating, by the control unit, a degree of deterioration of each of the switching circuits based on the cumulative use period of each of the switching circuits;
further comprising,
The accumulated use period is an accumulated amount of a time in which each of the switching circuits has operated in a turned-on state until now.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
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