KR102563592B1 - 휴대용 배터리팩의 운영 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

슬립(Sleep) 모드 유지상태에서 전류 감지를 통해 충전/방전 상태 또는 이상 누설 전류 감지시 자동으로 마이컴을 활성화하여 누설 전류 차단을 하도록 하고, 일정시간 배터리팩의 사용이 감지되지 않으면 자동으로 슬립 모드로 상태 전환을 하여 배터리 관리 시스템(BMS)의 소비전류를 최소화하도록 한 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 충전이 감지되거나 외부 통신이 감지되면 액티브 모드로 전환을 하고, 액티브 모드 유지상태에서 외부 기기의 정상 소비 전류량이 배터리팩 전류량보다 크고 외부 통신이 감지되면 액티브 모드를 유지하고, 외부 기기의 정상 소비전류량이 배터리팩 전류량보다 작고 외부 통신이 일정시간 감지되지 않으면 슬립 모드로 전환하여 전류 감지부를 동작시키며, 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하고, 상기 슬립 모드에서 감지 전류가 누설 전류이면 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행하고, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 감지 전류가 정상 전류이면 액티브 모드로 전환을 하고, 감지한 전류가 정상 전류보다 높은 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류를 차단하며, 감지 전류가 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 전환하여 배터리팩 보호 기능을 수행한다.

Description

휴대용 배터리팩의 운영 제어장치 및 방법{Portable battery pack operation control device and method}

본 발명은 휴대용 배터리팩의 운영 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 슬립(Sleep) 모드 유지상태에서 전류 감지를 통해 충전/방전 상태 또는 이상 누설 전류 감지시 자동으로 마이컴을 활성화하여 누설 전류 차단을 하도록 하고, 일정시간 배터리팩의 사용이 감지되지 않으면 자동으로 슬립 모드로 상태 전환을 하여 배터리 관리 시스템(BMS)의 소비전류를 최소화하도록 한 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스마트폰, 노트북, 휴대용 개인정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistants) 등의 휴대용 단말기는 충전 및 방전 가능한 2차 전지인 축전지가 포함된 배터리팩(일명 "이너 팩"(Inner Pack)이라고 함)을 단말기 일 측면에 탈착 가능하도록 결합하여 사용하기 때문에 이동성이 보장되고 휴대가 간편하여 널리 사용되고 있다.

상기 휴대용 단말기를 일정시간 동안 사용하게 되면 단말기에 결합된 축전지가 방전되는데, 이와 같이 축전지가 방전되어 축전지로부터 단말기 측으로 충분한 전원의 공급이 이루어지지 않으면 단말기를 사용하지 못하게 된다.

따라서 휴대용 단말기를 재사용하기 위해서는 충전기를 이용하여 방전된 축전지를 분리하여 충전한 다음 재결합하거나 여분의 충전된 다른 축전지로 교체한 후 사용한다.

이러한 에너지 저장장치인 배터리팩은 하나의 배터리팩에 다수의 전지 셀 어레이를 포함하며, 여러 개의 전지 셀 어레이를 원활하게 운영할 수 있도록 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 모니터링하고 제어하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System; 이하 "BMS"라 칭함)를 구비하고 있다.

배터리 팩의 운영 및 제어를 위한 종래의 배터리 관리 시스템이 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리팩에 내장된 배터리 관리 시스템은, 다수의 셀 어레이의 충전 전류 또는 방전 전류를 검출하는 전류 감지부(60), 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 감지하는 배터리 모니터링부(20), 상기 배터리 모니터링부(20)에서 감지한 전압을 이용하여 SOC(State Of Charge)를 계산하고, 배터리팩의 상태에 따라 배터리팩의 운영을 제어하며, 전압, 전류, 온도 이상 시 배터리 보호를 위한 보호 제어를 수행하는 마이컴(70), 상기 마이컴(70)의 제어에 따라 배터리의 전압, 전류 또는 온도 이상 시 안전사고를 방지하기 위한 보호 기능을 수행하는 보호 회로(50), 통신을 위한 통신부(40) 및 외부 장치와 통신을 수행하는 외부 통신부(30)를 포함한다.

이와 같이 구성된 배터리팩에 내장된 배터리 관리 시스템은, 배터리팩의 상태에 따라 액티브(Active) 모드, 슬립 모드(Sleep), 딥 슬립(Deep Sleep) 모드 및 보호(Protection) 모드와 같은 4가지의 운용 모드로 배터리팩을 운용한다.

여기서 액티브 모드는 Cell, 전류, 전압 및 온도 모니터링, SOC 산출, 외부 통신 등 활용 가능 자원의 모든 기능을 활성화하는 동작 모드로서, 마이컴 및 배터리 모니터링부 등이 모두 활성화된다.

슬립 모드는 마이컴이 대기 상태로 배터리 모니터링부의 기능만 구동 상태가 된다.

딥 슬립 모드는 배터리 팩의 전원 OFF 상태로 제품의 장기간 미 사용시 또는 제품 출하 시 상태이다.

보호 모드는 배터리 팩의 전압, 전류 또는 온도 이상 시 배터리 보호를 위해 사용 기능을 제한하는 상태이다.

그러나 이와 같이 배터리팩을 운용하는 종래의 배터리 관리 시스템은 상기와 같이 정의된 동작으로만 액티브 모드와 슬립 모드의 상태 전환이 이루어지므로, 배터리 관리 시스템의 소비전류를 최소화하는 데 한계가 있다.

특히, 배터리팩의 상태에 따라 배터리 관리 시스템의 자체적인 전류 소모량을 줄이는 데 한계를 보인다.

한편, BMS를 이용하여 배터리팩의 운영을 제어하는 또 다른 종래기술이 대한민국 공개특허 10-2019-0051477호에 개시되어 있다.

상기 공개특허는 외부 전원 모듈로부터 외부 전원 신호를 공급받고, 외부 전원 신호와는 다른 경로로 소스 전원을 공급받으며, 외부 전원 신호가 공급되면 소스 전원의 통과 여부에 따라 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 모듈, 펄스 생성 모듈로 소스 전원을 제공하고, 펄스 생성 모듈로부터 펄스 신호를 공급받으면, 펄스 신호를 기초로 배터리 관리 시스템을 구동하는 작동 전원을 출력하는 전원 출력 모듈을 포함한다. 이러한 구성을 통해, 외부 전원 모듈로부터 외부 전원 신호를 공급받아 배터리 관리 시스템을 웨이크업시킨다.

그러나 이러한 공개특허도 외부 전원 신호를 공급받으면 슬립 모드에서 배터리 관리 시스템을 웨이크업시키는 것에 한정된 기술이며, 배터리팩의 다양한 환경에 따라 운용 모드 제어를 통해 배터리팩의 자체적인 전류 소모량을 줄이는 것은 어려운 단점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2019-0051477호(2019.05.15. 공개)(BMS 웨크업 장치, 이를 포함하는 BMS 및 배터리팩)

따라서 본 발명은 일반적인 배터리팩 운영장치인 배터리 관리 시스템에서 배터리팩 운영 시 소비전류를 최소화하는 데 보인 한계와 특허문헌으로 제시한 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 슬립(Sleep) 모드 유지상태에서 전류 감지를 통해 충전/방전 상태 또는 이상 누설 전류 감지시 자동으로 마이컴을 활성화하여 누설 전류 차단을 하도록 하고, 일정시간 배터리팩의 사용이 감지되지 않으면 자동으로 슬립 모드로 상태 전환을 하여 배터리 관리 시스템(BMS)의 소비전류를 최소화하도록 한 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 배터리팩의 자체적인 전류 소모량을 줄여 한정된 배터리팩 용량 확보와 배터리팩의 대기시간 증가를 도모하도록 한 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "휴대용 배터리팩의 운용 제어장치"는,

배터리의 전류를 감지하는 전류 감지부;

슬립 모드시 활성화되어 상기 전류 감지부에서 감지한 전류와 기준 전류를 차동 증폭하여 감지 전류 값으로 출력하는 전류감지 비교부;

상기 슬립 모드시 상기 전류감지 비교부에서 출력되는 감지 전류 값을 분석하여 배터리팩 운용 모드를 제어하며, 슬립 모드에서 누설 전류 또는 차단 전류 감지시 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류 차단을 제어하는 마이컴; 및

상기 마이컴의 누설 전류 차단 제어에 따라 보호 회로를 동작시켜 누설 전류를 차단하는 보호 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전류감지 비교부는,

전류 흐름에 따라 션트(Shunt) 양단의 전압 차를 이용하여 충전 또는 방전을 감지하거나 방전시 누설 전류 또는 차단 전류를 감지하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 마이컴은,

상기 전류 감지부에서 충전이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하며, 충전이 완료되면 슬립 모드로 전환하여 상기 전류 감지부를 활성화하고, 상기 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하며, 상기 슬립 모드에서 전류가 감지되면 누설 전류인지 차단 전류인지를 판단하여 누설 전류로 감지되면 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행하고, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 감지 전류가 정상 전류이면 액티브 모드로 전환을 하고, 감지한 전류가 정상 전류보다 높은 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류를 차단하고, 상기 슬립 모드에서 차단 전류로 감지되면 배터리팩 보호 모드로 전환하여 보호 제어 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "휴대용 배터리팩의 운용 제어장치"는,

외부 통신을 위한 통신부를 더 포함하고,

상기 마이컴은 상기 통신부를 통해 외부 통신 상태를 감시하여 외부 통신이 이루어지거나 상기 전류감지 비교부를 통해 지속적인 전류 흐름이 감지되는 경우에만 배터리팩을 액티브 모드로 운용하며, 상기 통신 또는 전류 흐름 감지가 일정시간 동안 이루어지지 않으면 상기 일정시간이 지난 시점에서 슬립 모드로 자동 전환을 하여 소비전력을 절감하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "휴대용 배터리팩의 운용 제어방법"은,

(a) 마이컴에서 충전이 감지되거나 외부 통신이 감지되면 액티브 모드로 전환을 하는 단계;

(b) 상기 마이컴에서 액티브 모드 유지상태에서 외부 기기의 정상 소비 전류량이 배터리팩 전류량보다 크고 외부 통신이 감지되면 상기 액티브 모드를 유지하고, 상기 외부 기기의 정상 소비전류량이 상기 배터리팩 전류량보다 작고 외부 통신이 일정시간 감지되지 않으면 슬립 모드로 전환을 하고 전류 감지부를 동작시키는 단계;

(c) 상기 마이컴에서 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하고, 상기 슬립 모드에서 전류가 감지되면 감지 전류가 누설 전류인지 차단 전류인지를 확인하는 단계;

(d) 상기 마이컴에서 확인한 감지 전류가 누설 전류이면 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행하고, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 감지 전류가 정상 전류이면 액티브 모드로 전환을 하고, 감지 전류가 정상 전류보다 높은 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류를 차단하는 단계; 및

(e) 상기 마이컴에서 확인한 감지 전류가 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 전환하여 보호 제어 기능을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 슬립(Sleep) 모드 유지상태에서 전류 감지를 통해 충전/방전 상태 또는 누설 전류 감지시 자동으로 마이컴을 활성화하여 누설 전류 차단을 하도록 하고, 일정시간 배터리팩의 사용이 감지되지 않으면 자동으로 슬립 모드로 상태 전환을 하여 배터리 관리 시스템(BMS)의 소비전류를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 배터리팩의 자체적인 전류 소모량을 줄여 한정된 배터리팩 용량 확보와 배터리팩의 대기시간 증가를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 배터리팩 운용을 위한 배터리 관리 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 배터리팩의 운영 제어장치의 구성도,
도 3은 본 발명에서 전류량에 따른 동작 범위의 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 휴대용 배터리팩의 운영 제어방법을 보인 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휴대용 배터리팩의 운영 제어장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휴대용 배터리팩의 운영 제어장치의 구성도로서, 배터리 셀 어레이(10), 배터리 모니터링부(20), 외부 통신부(30), 통신부(40), 보호 회로(50), 전류 감지부(60), 전류감지 비교부(70), 마이컴(80) 및 보호 제어부(90)를 포함한다.

배터리 셀 어레이(10)는 전류를 충전 및 방전하는 역할을 하며, 복수로 이루어진다.

배터리 모니터링부(20)는 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 감지하는 역할을 한다.

전류 감지부(60)는 상기 배터리 셀 어레이(10)로 이루어지는 배터리의 전류를 감지하는 역할을 한다.

전류감지 비교부(70)는 상기 전류 감지부(60)에서 감지한 전류와 기준 전류를 차동 증폭하여 감지 전류 값을 상기 마이컴(80)에 출력하는 역할을 한다.

이러한 전류감지 비교부(70)는 상기 전류 감지부(60)의 전류 흐름에 따라 션트(Shunt) 양단의 전압 차를 이용하여 충전 또는 방전을 감지하거나 방전시 누설 전류 또는 차단 전류를 감지하는 차동 증폭기(OP AMP)를 포함할 수 있다.

외부 통신부(30)는 외부 장치와의 통신을 수행하는 역할을 하며, 통신부(40)는 상기 외부 통신부(30)와 연계하여 데이터 통신을 인터페이스 해주는 역할을 한다.

마이컴(80)은 상기 배터리 모니터링부(20)에서 감지한 전압을 이용하여 SOC(State Of Charge)를 계산하고, 슬립 모드시 상기 전류감지 비교부(70)에서 출력되는 감지 전류 값을 분석하여 배터리팩 운용 모드를 제어하며, 슬립 모드에서 누설 전류 또는 차단 전류 감지시 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류 차단을 제어한다.

또한, 상기 마이컴(80)은 상기 전류 감지부(60)에서 충전이 감지되면 자동으로 액티브 모드(Active Mode)로 전환을 하며, 충전이 완료되면 슬립 모드(Sleep Mode)로 전환하여 상기 전류 감지부를 활성화하고, 상기 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하며, 상기 슬립 모드에서 전류가 감지되면 누설 전류인지 차단 전류인지를 판단하여 누설 전류로 감지되면 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행하고, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 감지 전류가 정상 전류이면 액티브 모드로 전환을 하고, 감지된 전류가 정상 전류보다 높은 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류를 차단하고, 상기 슬립 모드에서 차단 전류로 감지되면 배터리팩 보호 모드로 전환하여 보호 제어 기능을 수행한다.

또한, 상기 마이컴(80)은 상기 통신부(40)를 통해 외부 통신 상태를 감시하여 외부 통신이 이루어지거나 상기 전류감지 비교부(70)를 통해 지속적인 전류 흐름이 감지되는 경우에만 배터리팩을 액티브 모드로 운용하며, 상기 통신 또는 전류 흐름 감지가 일정시간 동안 이루어지지 않으면 상기 일정시간이 지난 시점에서 슬립 모드로 자동 전환을 하여 소비전력을 절감한다.

보호 제어부(90)는 상기 마이컴(80)의 보호 제어에 따라 보호 회로(50)를 동작시켜 누설 전류를 차단하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명에 따른 "휴대용 배터리팩의 운용 제어방법"을 보인 흐름도로서, S는 단계(Step)를 나타낸다.

본 발명에 따른 휴대용 배터리팩의 운용 제어방법은 (a) 마이컴(80)에서 충전이 감지되거나 외부 통신이 감지되면 액티브 모드로 전환을 하는 단계(S101), (b) 상기 마이컴(80)에서 액티브 모드 유지상태에서 외부 기기의 정상 소비 전류량이 배터리팩 전류량보다 크고 외부 통신이 감지되면 상기 액티브 모드를 유지하고, 상기 외부 기기의 정상 소비전류량이 상기 배터리팩 전류량보다 작고 외부 통신이 일정시간 감지되지 않으면 슬립 모드로 전환을 하고 전류 감지부를 동작시키는 단계(S102 - S103), (c) 상기 마이컴(80)에서 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하고, 상기 슬립 모드에서 전류가 감지되면 감지 전류가 누설 전류인지 차단 전류인지를 확인하는 단계(S104 - S105), (d) 상기 마이컴(80)에서 확인한 감지 전류가 누설 전류이면 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행하고, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 감지 전류가 정상 전류이면 액티브 모드로 전환을 하고, 감지 전류가 정상 전류보다 높은 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류를 차단하는 단계(S106 - S107), 및 (e) 상기 마이컴(80)에서 확인한 감지 전류가 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 전환하여 보호 제어 기능을 수행하는 단계(S108)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 휴대용 배터리팩의 운영 제어장치 및 방법의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전류 감지부(60)는 상기 배터리 셀 어레이(10)로 이루어지는 배터리의 전류를 감지하여 배터리 모니터링부(20)에 전달한다.

배터리 모니터링부(20)는 배터리의 전류, 전압 및 온도 등을 검출하여 배터리 감시 동작을 수행한다.

마이컴(80)은 전류 감지부(60) 및 배터리 모니터링부(20)를 통해 충전이 감지되면 단계 S101과 같이 액티브 모드로 전환을 한다. 액티브 모드로 전환시 보호 제어부(90)를 활성화하고, 전류감지 비교부(70)는 비활성화한다.

액티브 모드로 전환한 상태에서는 전류감지 비교부(70)를 제외하고, 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 모니터링, SOC 산출, 외부 통신 등 활용 가능 자원의 모든 기능을 활성화한다.

이후, 단계 S102와 같이 감지한 전류량을 이용하여, 외부 기기의 정상 소비 전류량이 배터리팩 전류량보다 크고 외부 통신이 감지되면 상기 액티브 모드를 유지한다.

도 3은 전류량에 따른 동작 범위의 예시도로서, 전류량을 기준으로 정상 동작 상태의 전류량을 설정하고, 상기 정상 동작 상태의 전류량을 기준으로 외부 기기의 정상 소비 전류량(최대)을 판단한다.

이와는 달리, 상기 외부 기기의 정상 소비 전류량이 상기 배터리팩 전류량보다 작고 외부 통신이 일정시간 감지되지 않으면 단계 S103으로 이동하여 슬립 모드로 전환을 하고, 전류감지 비교부(70)를 동작시킨다.

상기 슬립 모드로 전환하고 전류감지 비교부(70)를 동작시킨 상태에서, 통신부(40)를 통해 외부 통신을 감지하고, 동시에 전류감지 비교부(70)를 통해 전류를 감지한다.

여기서 전류감지 비교부(70)는 상기 전류 감지부(60)에서 감지한 전류와 기준 전류를 차동 증폭하여 그 결과를 전류 감지 값으로 상기 마이컴(80)에 출력한다. 여기서 기준 전류는 충전 또는 방전 상태를 확인하거나 누설 전류 상태를 확인하기 위해 미리 설정된 값이다.

즉, 전류감지 비교부(70)는 차동 증폭기(OP AMP)를 이용하여 상기 전류 감지부(60)의 전류 흐름에 따라 션트(Shunt) 양단(감지한 전류 및 기준 전류)의 전압 차를 이용하여 충전 또는 방전을 감지하거나 방전시 누설 전류 또는 차단 전류를 감지한다.

상기 전류감지 비교부(70)에서 감지한 전류 감지 값은 마이컴(80)에 웨이크-업 신호로 전달될 수 있다.

마이컴(80)은 액티브 모드에서 상기 배터리 모니터링부(20)에서 감지한 전압을 이용하여 SOC(State Of Charge)를 계산하고, 슬립 모드에서 상기 전류감지 비교부(70)에서 출력되는 전류 감지 값을 분석하여 배터리팩의 운용 모드를 제어하며, 누설 전류 또는 차단 전류 감지시 감지 전류가 정상 전류이면 자동으로 액티브 모드로 전환되어 보호 제어를 수행한다.

이와 같이 마이컴(80)은 상기 통신부(40)를 통해 외부 통신 상태를 감시하여 외부 통신이 이루어지거나 상기 전류감지 비교부(70)를 통해 지속적인 전류 흐름이 감지되는 경우에만 배터리팩을 액티브 모드로 운용하며, 상기 통신 또는 전류 흐름 감지가 일정시간 동안 이루어지지 않으면 상기 일정시간이 지난 시점에서 슬립 모드로 자동 전환을 하여 소비전력을 절감한다.

상기 마이컴(80)은 슬립(Sleep) 모드에서 단계 S104와 같이 외부 통신이 감지되는지 아니면 전류가 감지되는지를 확인하여, 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 한다.

이와는 달리, 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되지 않고, 상기 전류감지 비교부(70)에 의해 전류가 감지되면, 단계 S105로 이동하여 감지 전류가 누설 전류인지 차단 전류인지를 확인한다.

여기서 감지한 전류가 누설 전류인지 아니면 차단 전류인지를 판단하는 방법은 도 3과 같은 전류량에 따른 동작 범위를 이용하여 판단할 수 있다.

즉, 감지한 전류가 외부 기기의 정상 소비 전류량 이상이 되면, 감지한 전류 값과 배터리팩 차단 전류 기준 값을 비교하여, 감지한 전류가 누설 전류인지 아니면 차단 전류인지를 판단한다.

다시 말해, 감지한 전류가 외부 기기의 정상 소비 전류량(최대)을 초과하고, 배터리팩 차단 전류 기준 값보다 작으면 누설 전류감지로 판단을 하고, 상기 감지한 전류가 상기 배터리팩 차단 전류 기준 값보다 크면 차단 전류 감지로 판단을 한다.

이어, 마이컴(80)은 확인한 감지 전류가 누설 전류이면, 단계 S106으로 이동하여 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행한다. 이후, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 단계 S107과 같이 감지 전류를 다시 확인하여, 감지 전류가 정상 동작 상태의 정상 전류이면 단계 S101로 이동하여 액티브 모드로 자동 전환을 한다.

이와는 달리 감지 전류가 정상 동작 상태의 정상 전류보다 큰 차단 전류이면, 단계 S108로 이동하여 배터리팩 보호 모드로 동작하여, 보호 제어부(90)를 동작시켜 누설 전류를 차단한다.

또한, 상기 마이컴(80)은 확인한 감지 전류가 차단 전류이면 단계 S108로 이동하여 배터리팩 보호 모드로 전환하여 보호 제어 기능을 수행한다.

이상 설명한 본 발명은 슬립(Sleep) 모드 유지상태에서 전류 감지를 통해 누설 전류 또는 차단 전류 감지시 자동으로 마이컴을 활성화하여 배터리팩 보호 모드로 동작을 하여 누설 전류를 차단하도록 하고, 일정시간 배터리팩의 사용이 감지되지 않으면 자동으로 슬립 모드로 상태 전환을 하여 배터리 관리 시스템(BMS)의 소비전류를 최소화할 수 있다.

또한, 배터리팩의 자체적인 전류 소모량을 줄여 한정된 배터리팩 용량 확보와 배터리팩의 대기시간 증가를 도모한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

10: 배터리 셀 어레이 20: 배터리 모니터링부
30: 외부 통신부 40: 통신부
50: 보호회로 60: 전류 감지부
70: 전류감지 비교부 80: 마이컴
90: 보호 제어부

Claims (5)

1. 배터리의 전류를 감지하는 전류 감지부;
   슬립 모드시 활성화되어 상기 전류 감지부에서 감지한 전류와 기준 전류를 차동 증폭하여 감지 전류 값으로 출력하는 전류감지 비교부;
   상기 슬립 모드시 상기 전류감지 비교부에서 출력되는 감지 전류 값을 분석하여 배터리팩 운용 모드를 제어하며, 슬립 모드에서 누설 전류 또는 차단 전류 감지 시 배터리팩 보호 모드로 동작하여 전류 차단을 제어하는 마이컴; 및
   상기 마이컴의 전류 차단 제어에 따라 보호 회로를 동작시켜 누설 전류를 차단하는 보호 제어부를 포함하고,
   상기 마이컴은,
   상기 전류 감지부에서 충전이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하며, 충전이 완료되면 슬립 모드로 전환하여 상기 전류 감지부를 활성화하고, 상기 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하며, 상기 슬립 모드에서 전류가 감지되면 누설 전류인지 차단 전류인지를 판단하여 누설 전류로 감지되면 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행하고, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 감지 전류가 정상 전류이면 액티브 모드로 전환을 하고, 감지한 전류가 정상 전류보다 높은 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류를 차단하고, 상기 슬립 모드에서 차단 전류로 감지되면 배터리팩 보호 모드로 전환하여 보호 제어 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전류감지 비교부는,
   전류 흐름에 따라 션트(Shunt) 양단의 전압 차를 이용하여 충전 또는 방전을 감지하거나 방전시 누설 전류 또는 차단 전류를 감지하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치.
   
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4. 청구항 1에 있어서, 외부 통신을 위한 통신부를 더 포함하고,
   상기 마이컴은 상기 통신부를 통해 외부 통신 상태를 감시하여 외부 통신이 이루어지거나 상기 전류감지 비교부를 통해 지속적인 전류 흐름이 감지되는 경우에만 배터리팩을 액티브 모드로 운용하며, 상기 통신 또는 전류 흐름 감지가 일정시간 동안 이루어지지 않으면 상기 일정시간이 지난 시점에서 슬립 모드로 자동 전환을 하여 소비전력을 절감하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치.
   
5. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 기재된 휴대용 배터리팩의 운용 제어장치를 이용하여 휴대용 배터리팩의 운용을 제어하는 방법으로서,
   (a) 마이컴에서 충전이 감지되거나 외부 통신이 감지되면 액티브 모드로 전환을 하는 단계;
   (b) 상기 마이컴에서 액티브 모드 유지상태에서 외부 기기의 정상 소비 전류량이 배터리팩 전류량보다 크고 외부 통신이 감지되면 상기 액티브 모드를 유지하고, 상기 외부 기기의 정상 소비전류량이 상기 배터리팩 전류량보다 작고 외부 통신이 일정시간 감지되지 않으면 슬립 모드로 전환을 하고 전류 감지부를 동작시키는 단계;
   (c) 상기 마이컴에서 슬립 모드에서 외부 통신이 감지되면 자동으로 액티브 모드로 전환을 하고, 상기 슬립 모드에서 전류가 감지되면 감지 전류가 누설 전류인지 차단 전류인지를 확인하는 단계;
   (d) 상기 마이컴에서 확인한 감지 전류가 누설 전류이면 외부기기 재설정 및 통신 초기화를 수행하고, 외부기기 재설정 및 통신 초기화 후 감지 전류가 정상 전류이면 액티브 모드로 전환을 하고, 감지 전류가 정상 전류보다 높은 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 동작하여 누설 전류를 차단하는 단계; 및
   (e) 상기 마이컴에서 확인한 감지 전류가 차단 전류이면 배터리팩 보호 모드로 전환하여 보호 제어 기능을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩의 운용 제어방법.