KR102611659B1 - 배터리 팩 및 과방전 제어 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 과방전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 및 과방전 제어 방법에 관한 것으로, 배터리 전압을 기준 전압과 비교하여, 배터리팩의 과방전 여부를 확인하여, 과 방전된 배터리팩의 재사용을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 배터리 및, 배터리와 전기적으로 연결되어 배터리의 충방전을 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로 배터리 관리 시스템은 충전기와 연결된 외부 단자와, 배터리가 연결되는 셀 단자와, 외부 단자와 셀 단자 사이에 직렬로 연결된 충방전 FET와, 셀 단자에 전기적으로 연결되어 배터리의 전압인 배터리 전압을 측정하는 전압센서와, 전압센서에서 측정된 배터리 전압을 기준 전압과 비교하여, 배터리 팩이 과방전 상태인지 여부를 확인하는 비교부 및, 비교부에서, 배터리팩이 과방전 상태로 재사용이 불가능한 것으로 판단될 경우 충방전 FET에서 충전 FET를 오프 시킴으로써 배터리의 충전을 차단하는 제어부를 포함하는 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩 및 과방전 제어 방법{Battery pack and overdischarge control method thererof}
본 발명은 배터리 팩 및 과방전 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 노트북, 미니 노트북, 넷북, 모바일 컴퓨터, UMPC(Ultra Mobile Personal Computer) 및 PMP(Portable Multimedia Player)와 같은 전자 장치는 이동형 전원으로서 다수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 이루어진 배터리 팩을 이용한다. 이러한 배터리 팩은 과충전, 과방전 및/또는 과전류로부터 배터리 셀을 보호하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System)을 포함하며, 상기 배터리 셀 및 배터리 관리 시스템은 배터리 케이스 내에 함께 내장될 수 있다.
이와 같은 배터리 팩은 과방전을 방지하기 위해서, 이차 전지의 전압이 기준 전압 이하로 방전될 경우 배터리 관리 시스템에서 배터리 팩의 방전을 차단할 수 있습니다. 그러나 방전 차단 후 배터리 팩이 방치되어 장시간 미사용할 경우, 배터리 관리 시스템이 셧 다운(shutdown)된 후에도 자가 방전에 의해서 전압이 더 내려갈 수도 있다. 이 경우, 과도한 방전에 의해서 배터리 팩의 배터리 셀 내에서 구리가 석출되어, 내부 단락에 의한 위험성이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 배터리 전압을 기준 전압과 비교하여, 배터리팩의 과방전 여부를 확인하여, 과 방전된 배터리팩의 재사용을 방지할 수 있는 배터리 팩 및 과방전 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리 팩 및 과방전 제어 방법은 배터리 및, 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 충방전을 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로 상기 배터리 관리 시스템은 충전기와 연결된 외부 단자와, 상기 배터리가 연결되는 셀 단자와, 상기 외부 단자와 상기 셀 단자 사이에 직렬로 연결된 충방전 FET와, 상기 셀 단자에 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 전압인 배터리 전압을 측정하는 전압센서와, 상기 전압센서에서 측정된 상기 배터리 전압을 기준 전압과 비교하여, 상기 배터리 팩이 과방전 상태인지 여부를 확인하는 비교부 및, 상기 비교부에서, 상기 배터리팩이 과방전 상태로 재사용이 불가능한 것으로 판단될 경우 상기 충방전 FET에서 상기 충전 FET를 오프 시킴으로써 배터리의 충전을 차단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 전압센서는 일정시간 간격으로 상기 배터리의 전압을 측정하여 상기 비교부로 실시간으로 전달할 수 있다.
상기 비교부는 상기 배터리 전압을 상기 배터리 관리 시스템의 셧다운 여부를 확인할 수 있는 전압인 제1기준 전압과 비교하는 제1비교기와, 상기 제1비교기에서 상기 배터리 전압이 상기 제1기준 전압 이하일 경우, 상기 배터리 전압을 상기 배터리팩이 재사용 가능한지 여부를 확인하기 위한 전압인 제2기준 전압과 비교하는 제2비교기를 포함할 수 있다.
상기 비교부는 상기 제2비교기에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 보다 클 경우, 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 보다 더 큰 횟수를 카운팅하는 카운터를 더 포함할 수 있다.
상기 카운터에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 보다 더 큰 횟수가 20회 카운팅되면, 상기 제어부는 상기 충전 FET를 온 되도록 제어하여, 상기 충전기에서 인가되는 전압에 의해 상기 배터리를 충전할 수 있다.
상기 제어부는 상기 비교부에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 이하로 판단될 경우, 상기 배터리팩이 재사용이 불가능한 상태로 판단하여, 상기 충방전 FET에서 상기 충전 FET를 오프 시켜서 상기 충전기에서 인가되는 전압이 배터리로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
또한 배터리 팩의 외부 단자에 충전기가 전기적으로 연결되면, 셀 단자에 전기적으로 연결된 배터리의 전압인 배터리 전압을 전압센서에서 일정 간격으로 측정하는 전압 측정 단계와, 상기 전압센서와 전기적으로 연결된 제1비교기에서, 상기 배터리 전압을 배터리 관리 시스템의 셧다운 여부를 확인하기 위한 제1기준 전압과 비교하는 제1전압 비교 단계와, 상기 배터리 전압이 상기 제1기준 전압이하로 판단되면, 제2비교기에서 상기 배터리 전압을 상기 배터리 팩이 과방전 상태인지 여부를 확인하기 위한 제2기준 전압과 비교하는 제2전압 비교 단계와, 상기 제2비교기에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준전압 이하인 것으로 판단되면, 제어부에서 상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 구비된 충전 FET를 오프 되도록 제어하여 상기 배터리가 충전되는 것을 차단하는 충전 FET차단 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1전압 비교 단계에서, 상기 배터리 전압이 상기 제1기준 전압보다 더 큰 것으로 판단되면, 상기 제어부에서는 상기 충전 FET를 온 되도록 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 배터리 팩 충전 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2전압 비교 단계에서, 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압보다 더 큰 것으로 판단되면, 상기 제1비교기와 전기적으로 연결된 카운터에 저장된, 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압보다 더 크게 측정된 횟수인 전압 비교 횟수가 20회인지 확인 하는 전압 비교 횟수 확인 단계 및, 상기 전압 비교 횟수가 20회 미만일 경우, 상기 카운터에서는 상기 전압 비교 횟수를 1회 더 누적하여 저장하는 전압 비교 횟수 누적 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 비교 횟수 확인 단계에서, 상기 전압 비교 횟수가 20회일 경우, 상기 배터리 팩 충전 단계에서 상기 제어부가 상기 충전 FET를 온 되도록 제어하여 상기 배터리를 충전시킬 수 있다.
상기 전압센서는 상기 배터리 전압을 250ms 간격으로 측정하고, 상기 제1기준전압은 2V이고, 상기 제2기준전압은 1V일 수 있다.
본 발명에 의한 배터리 팩 및 과방전 제어 방법은 배터리 전압을 기준 전압과 비교하여, 배터리팩의 과방전 여부를 확인하여, 과 방전된 배터리팩의 재사용을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 배터리 팩 및 과방전 제어 방법은 배터리 전압을 기준 전압과 비교하여, 배터리 관리 시스템이 셧다운 상태일 경우, 일정 시간 이상 배터리 전압이 제2기준 전압을 초과한 상태로 유지될 경우에만 배터리팩을 충전시킴으로써, 과 방전된 배터리팩의 내부 단락에 의한 사고를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩의 구성을 도시한 구조도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 과방전 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리팩에 적용 가능한 배터리 팩의 전기적 특성에 대한 가이드라인이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정 하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서 "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리팩의 구성을 도시한 구조도가 도시되어 있다. 또한 도 2를 참조하면 도 1의 배터리 팩의 과방전 제어 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1에 도시된 배터리 팩(100)의 구성 및 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하고자 한다.
도 1에서 도시된 바와 같이 #(100)는 배터리(110)와 배터리 관리 시스템(120)을 포함한다. 여기서 배터리팩(100)의 배터리 관리 시스템(120)은 통상적으로 인쇄회로기판(PCB: Printed circuit board)에 배터리(100)의 충전 및 방전을 안정적으로 제어하기 위하여 다양한 전자 소자를 스폿 용접, 솔더링 방법으로 배치시켜 형성될 수 있다. 그리고 배터리(110)는 충방전이 가능한 하나 또는 복수개의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 이루어질 수 있다. 또한 배터리(110)의 배터리 셀은 각형, 원통형 또는 파우치형 중 어느 형상을 가질 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템(120)은 셀 단자(121), 외부 단자(122), 전압센서(123), 비교부(124), 제어부(125) 및 충방전 FET(126)를 포함하며 이루어지며, 각각의 구성 요소는 블록도로 나타내었다.
우선 셀 단자(121)는 배터리(110)의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되기 위한 2개의 단자를 구비한다.
그리고 외부 단자(122)는 2개의 단자로 이루어져 있으며, 이는 충전기 또는 외부 전자기기 세트에 연결된다. 이러한 외부 단자(122)는 충전기와 연결되면 충전기를 통해 인가되는 전류에 의해 셀 단자(121)에 전기적으로 연결된 배터리(110)를 충전시킬 수 있으며, 외부 전자기기 세트와 연결되면 배터리(110)의 방전에 의해 출력되는 전압에 의해서 외부 전자기기 세트를 구동 시킬 수 있다. 이러한 외부 단자(120)는 셀 단자(120)와 병렬 연결될 수 있다.
우선 전압센서(123)는 외부 단자(122)에 충전기가 전기적으로 연결되면, 충전기에서 인가되는 전압을 배터리(110)로 전달하기 이전에, 배터리(110)의 전압(Vs)을 측정할 수 있다. 이와 같은 배터리 전압(Vs)측정은 배터리(110)가 과방전 되어, 사용 불가능한 상태인지 여부를 판단하기 위함이다. 이와 같은 전압센서(123)는 배터리 전압(Vs)을 측정하기 위해서 셀 단자(121)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전압센서(123)는 배터리(110)와 전기적으로 연결된 셀 단자(121)의 양단의 전압 측정을 통해서, 배터리(110)의 전압(Vs)을 측정(S1)할 수 있다. 상기 전압센서(123)는 일정시간 간격으로 배터리 전압(Vs)을 측정할 수 있다. 예를 들어 전압센서(123)는 250ms 간격으로 배터리 전압(Vs)을 측정할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 전압센서(123)에서 250ms간격으로 배터리 전압(Vs)을 측정하는 배터리 관리 시스템(120)을 설명하고자 한다. 또한 배터리 팩(100)은 과방전 제어를 위해서, 전압센서(123)에서 일정시간 간격으로 주기적으로 측정된 배터리 전압(Vs)을 실시간으로 비교부(124)로 전달한다.
상기 비교부(124)는 제1비교기(124a), 제2비교기(124b) 및 카운터(124c)를 포함할 수 있다. 상기 제1비교기(124a)는 제2비교기(124b)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 전압센서(123)에서 전달된 배터리 전압(Vs)은 제1비교기(124a)로 전달될 수 있다. 우선 제1비교기(124a)는 전압센서(123)에서 전달된 배터리 전압(Vs)을 인가 받아, 제1기준 전압(Va)과 비교(S2)할 수 있다. 여기서 제1기준 전압(Va)은 배터리 관리 시스템(120)의 셧다운 여부를 확인할 수 있는 전압(BMS Shut Down Voltage)일 수 있다. 즉, 제1비교기(124a)는 전압센서(123)에서 측정된 배터리 전압(Vs)이 제1기준 전압(Va)이하일 경우, 충전기(126)가 외부 단자(122)에 연결되기 이전에 배터리 관리 시스템(120)이 셧다운 상태였던 것으로 판단할 수 있다.
그리고 제1비교기(124a)는 전압센서(123)에서 전달받은 배터리 전압(Vs)이 제1기준 전압(Va)보다 더 클 경우, 배터리 관리 시스템(120)이 셧다운 상태가 아니었던 것으로 판단할 수 있다. 이때 제1비교기(124a)는 배터리 전압(Vs)이 제1기준 전압(Va)보다 더 크면, 제어부(125)로 제1전압 비교 결과(A)를 전달할 수 있다. 여기서, 제1전압 비교 결과(A)는 배터리 전압(Vs)이 배터리 관리 시스템(120)의 셧다운 여부를 확인할 수 있는 제1기준 전압(Va) 보다 크다는 의미이다.
추가적으로 도 3에는 본 발명이 적용 가능한 일곱 종류의 배터리 팩의 전기적 특성에 대한 가이드라인이 도시되어 있으나, 본 발명이 적용 가능한 배터리 팩을 일곱 종류로만 한정하는 것은 아니다. 또한 도 3에서는 배터리팩(100)에 포함된 다수의 배터리 셀의 표준 충전 전압(standard charging voltage)이 4.2V와,4.35V일 경우에 한해서 한정하였으나, 이는 배터리팩(100)에 포함된 배터리 셀의 용량 및 전압에 따라, 그 값은 상이할 수 있다. 또한 도 3에서는 배터리 관리 시스템(120)의 셧다운 여부를 확인할 수 있는 제1기준 전압(Va)이 각 배터리팩 별로, 개시되어 있다. 여기서 각 배터리팩들의 제1기준 전압(Va)은 2V로 설정되어 있으나, 본 발명에서 제1기준 전압(Va)을 2V로 한정하는 것은 아니다. 이와 같은 제1기준 전압(Va)은 배터리팩(100)의 배터리 셀의 용량에 따라 상이할 수 있으며, 본 발명에서 제1기준 전압(Va)은 표준 충전 전압(standard charging voltage)이 4.2V와,4.35V일 경우에 한해서 2V일 수 있다.
상기 제어부(125)는 제1전압 비교 결과(A)를 전달받으면, 충방전 FET(126)의 구동을 제어하여 충전기에서 인가되는 전압에 의해서 배터리(110)가 충전(S8)되도록 할 수 있다. 이때 제어부(125)는 충방전
FET(126)에서 충전 FET(CFET)를 온 시킴으로써, 충전기에서 인가되는 전압을 배터리(110)로 전달되도록 할 수 있다. 즉, 배터리 전압(Vs)이 제1기준 전압(Va)보다 더 클 경우, 배터리팩(100)은 충전기에서 인가되는 전압에 의해서 충전될 수 있다.
또한 제1비교기(124a)는 전압센서(123)에서 전달받은 배터리 전압(Vs)이 제1기준 전압(Va)이하일 경우, 배터리 관리 시스템(120)이 셧다운 상태였던 것으로 판단할 수 있다. 그리고 제1비교기(124a)는 배터리 관리 시스템(120)이 셧다운 상태 였던 것으로 판단한다면 전압센서(123)에서 전달받은 배터리 전압(Vs)을 제2비교기(124b)로 전달할 수 있다.
상기 제2비교기(124b)는 제1비교기(124a)로부터 배터리 전압(Vs)을 인가받아, 제2기준 전압(Vb)과 비교(S3)할 수 있다. 여기서 제2기준 전압(Vb)은 배터리팩(100)이 과방전 상태로, 재사용 가능한지 여부를 확인하기 위한 전압일 수 있다.
추가적으로 도 3에서는 배터리팩(100)이 재사용 가능한지 여부를 확인하기 위한 제2기준 전압(Vb)이 각 배터리팩별로, 개시되어 있다. 여기서 각 배터리팩들의 제2기준 전압(Vb)은 1V로 설정되어 있으나, 본 발명에서 제2기준 전압(Vb)을 1V로 한정하는 것은 아니다. 이와 같은 제2기준 전압(Vb)은 전체 배터리팩(100)의 배터리 셀의 용량에 따라 상이할 수 있으며, 배터리팩(100)에 포함된 다수의 배터리 셀의 표준 충전 전압(standard charging voltage)이 4.2V와,4.35V일 경우에 한해서 1V일 수 있다.
상기 제2비교기(124b)는 카운터(124c)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2비교기(124b)에서 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb) 보다 더 클 경우, 카운터(124c)는 카운팅된 전압 비교 횟수(Nvc)가 20회인지 여부를 확인(S6)할 수 있다. 즉, 카운터(124c)는 제2비교기(124b)에서 20회 동안 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb)보다 더 큰 상태로 유지될 경우, 제어부(125)로 제2전압 비교 결과(B)를 전달할 수 있다. 또한 전압센서(123)에서 전압 측정이 250ms로 측정될 경우, 제2비교기(124b)에서 전압 비교 횟수(Nvc)가 20회가 될 동안인 5초 동안 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb)보다 더 큰 상태로 유지되면, 카운터(124c)는 제어부(125)로 제2전압 비교 결과(B)를 전달할 수 있다. 여기서, 제2전압 비교 결과(B)는 배터리 전압(Vs)이 배터리팩(100)을 재사용 가능한지 여부를 확인하기 위한 제2기준 전압(Vb)보다 기준 시간동안 큰 상태로 유지됨을 의미이다. 여기서 기준 시간은 전압센서(123)에서 전압을 20회 측정하는 시간으로, 전압센서(123)에서 전압을 250ms에 한번 측정할 경우, 5초일 수 있다.
상기 제어부(125)는 제2전압 비교 결과(B)를 전달받으면, 충방전 FET(126)의 구동을 제어하여 충전기에서 인가되는 전압에 의해서 배터리(110)가 충전(S8)되도록 할 수 있다. 이때 제어부(125)는 충방전 FET(126)에서 충전 FET(CFET)를 온 시킴으로써, 충전기에서 인가되는 전압을 배터리(110)로 전달되도록 할 수 있다. 즉, 배터리팩(100)은 충전기에서 인가되는 전압에 의해서 배터리(110)를 충전할 수 있다. 즉, 배터리 관리 시스템(120)은 배터리 관리 시스템(120)이 셧다운 된 상태에서, 외부 단자(122)에 충전기가 연결되면 배터리 전압(Vs)이 일정시간 또는 일정 횟수 이상동안 제2기준 전압(Vb)을 초과할 경우에만 배터리(110)가 충전되도록 하여, 배터리팩(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한 카운터(124c)는 카운터(124c)에서 카운팅된 전압 비교 횟수(Nvc)가 20회 미만일 경우, 제2비교기(124b)에서 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb) 보다 더 크면 카운터(124c)에서 카운팅되는 전압 비교 횟수(Nvc)를 1회 더 카운트 할 (S7)수 있다. 즉, 카운터(124c)는 제2비교기(124b)에서 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb) 보다 더 클 경우, 전압 비교 횟수(Nvc)를 1회 더 누적하여 카운트 할 수 있다. 또한 카운터(124c)는 외부 단자(122)에 전기적으로 연결된 충전기가 전기적으로 분리될 경우, 카운팅된 전압 비교 횟수(Nvc)가 리셋될 수 있다.
제2비교기(124b)는 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb)이하일 경우, 과방전이 발생된 것으로 판단하여 배터리팩(100)이 충전되는 것을 차단되도록 제어부(125)로 신호를 전달할 수 있다. 즉, 제2비교기(124b)는 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb)이하일 경우, 제어부(125)로 제3전압 비교 결과(C)를 전달할 수 있다. 여기서 제3전압 비교 결과(C)는 배터리 전압(Vs)이 배터리팩(100)을 재사용 가능한지 여부를 확인하기 위한 전압(Vb)과 같거나 작아, 배터리팩(100)이 재사용이 불가능함을 의미한다. 즉, 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb)이하일 경우, 과방전에 의해서 배터리(110) 내부에서 구리 석출 등에 의해서 내부 단락이 발생될 수 있으므로 배터리팩(100)은 재사용이 불가능한 상태일 수 있다.
상기 제어부(125)는 제3전압 비교 결과(C)를 전달받으면, 충방전 FET(126)의 구동을 제어하여 충전기에서 인가되는 전압이 배터리(110)로 인가되는 것을 차단(S4)할 수 있다. 이때 제어부(125)는 충방전 FET(126)에서 충전 FET(CFET)를 오프상태로 유지시킴으로써, 충전기에서 인가되는 전압을 배터리(110)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 제어부(125)는 배터리 전압(Vs)이 과방전 여부를 확인하기 위한 제2기준 전압(Vb) 이하일 경우, 배터리팩(100)이 충전되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 과방전 전압 이하로 방전되어 구리 석출 등에 의해서 단락이 발생될 수 있는 배터리팩(100)은 충전기에 의한 충전을 방지할 뿐만 아니라, 재사용되는 것을 방지하기 위해서 폐기(S5)될 수 있다. 추가적으로 배터리팩(100)은 외부 단자(122)에 충전기가 연결된 상태로, 전압센서(123)에서 전압을 20회 측정하는 시간인 기준 시간 후에도 배터리팩(100)이 충전되지 않는다면, 사용 불능 상태로 판단하여 폐기될 수 있다.
상기 제어부(125)는 비교부(124)와 전기적으로 연결되어, 실시간으로 비교부(124)에서 인가되는 제1전압 비교 결과(A), 제2전압 비교 결과(B) 및 제3전압 비교 결과(C)에 따라, 충방전 FET(126)의 구동을 제어할 수 있다.
상기 제어부(125)는 비교부(124)로부터 제1전압 비교 결과(A) 또는 제2전압 비교 결과(B)를 전달받으면, 충방전 FET(126)에서 충전 FET(CFET)를 온 시킴으로써, 배터리(110)가 외부 단자(122)를 통해 인가되는 전압에 의해서 충전되도록 할 수 있다. 또한 제어부(125)는 비교부(124)로부터 제3전압 비교 결과(C)를 전달 받으며, 충방전 FET(126)에서 충전 FET(CFET)를 오프시킴으로써, 외부 단자(122)를 통해 인가되는 전압이 배터리(110)로 전달되는 것을 차단시켜 배터리팩(100)의 재사용을 차단할 수 있다.
그리고 충방전 FET(126)는 셀 단자(121)와 외부 단자(122) 사이인 대전류 경로에 연결된 충전 FET(CFET)과 방전 FET(DFET)를 포함하며, 제어부(125)에 제어전극이 전기적으로 연결되어, 제어부(125)의 제어에 의해 구동된다.
이러한 충방전 FET(126)는 방전 시에는 방전 FET(DFET)가 온 되고, 충전 시에는 충전 FET(CFET)가 온 되어, 셀 단자(121)에 전기적으로 접속된 배터리(110)가 외부 단자(122)에 전기적으로 연결된 충전기 또는 외부 전자기기를 통해 방전 및 충전이 이루어지도록 한다.
또한, 충방전 FET(126)는 제어부(125)에서 배터리(110)의 과방전을 판단할 경우, 충전 FET(CFET)가 오프 상태가 유지되도록 제어할 수 있다. 이때 방전 FET(DFET)도 오프상태일 수 있다. 이러한 충방전 FET(126)는 전계 효과 트랜지스터(FET : FieldEffect Transistor)로 이루어지며, N형 전계 효과 트랜지스터 또는 P형 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.
이와 같은 배터리팩(100)은 배터리(110) 전압(Vs)을 측정하여, 제1기준 전압(Va) 및 제2기준 전압(Vb)과 비교하여, 배터리팩(100)이 과방전 상태인지 여부를 확인하여, 과 방전된 배터리팩(100)의 재사용을 방지할 수 있다. 또한 배터리팩(100)은 배터리 전압(Vs)이 제1기준 전압(Va) 및 제2기준 전압(Vb)과 비교하여, 배터리 관리 시스템(120)이 셧다운 상태인 전압이라면, 일정 시간 이상 배터리 전압(Vs)이 제2기준 전압(Vb)을 초과한 상태로 유지될 경우에만 배터리팩(100)을 충전시킴으로써, 배터리팩(100)의 내부 단락에 의한 사고를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리 팩 및 과방전 제어 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 배터리 팩 110: 배터리
120: 배터리 관리 시스템 121: 셀 단자
122: 외부 단자 123: 전압 센서
124: 비교부 124a: 제1비교기
124b: 제2비교기 124c: 카운터
125: 제어부 126: 충방전 FET

Claims (11)

  1. 배터리 및, 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 충방전을 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은
    충전기와 연결된 외부 단자;
    상기 배터리가 연결되는 셀 단자;
    상기 외부 단자와 상기 셀 단자 사이에 직렬로 연결된 충방전 FET;
    상기 셀 단자에 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 전압인 배터리 전압을 측정하는 전압센서;
    상기 전압센서에서 측정된 상기 배터리 전압을 상기 배터리 관리 시스템의 셧다운 여부를 확인할 수 있는 전압인 제1기준 전압과 비교하는 제1비교기와, 상기 제1비교기에서 상기 배터리 전압이 상기 제1기준 전압 이하일 경우, 상기 배터리 전압을 상기 배터리팩이 재사용 가능한지 여부를 확인하기 위한 전압인 제2기준 전압과 비교하는 제2비교기를 포함하여 이루어진 비교부; 및
    상기 비교부에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 이하로 판단될 경우, 상기 배터리팩이 재사용이 불가능한 상태로 판단하여, 상기 충방전 FET에서 상기 충전 FET를 오프 시켜서 상기 충전기에서 인가되는 전압이 배터리로 전달되는 것을 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압센서는
    일정시간 간격으로 상기 배터리의 전압을 측정하여 상기 비교부로 실시간으로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비교부는 상기 제2비교기에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 보다 클 경우, 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 보다 더 큰 횟수를 카운팅하는 카운터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 카운터에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압 보다 더 큰 횟수가 20회 카운팅되면, 상기 제어부는 상기 충전 FET를 온 되도록 제어하여, 상기 충전기에서 인가되는 전압에 의해 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 삭제
  7. 배터리 팩의 외부 단자에 충전기가 전기적으로 연결되면, 셀 단자에 전기적으로 연결된 배터리의 전압인 배터리 전압을 전압센서에서 일정 간격으로 측정하는 전압 측정 단계;
    상기 전압센서와 전기적으로 연결된 제1비교기에서, 상기 배터리 전압을 배터리 관리 시스템의 셧다운 여부를 확인하기 위한 제1기준 전압과 비교하는 제1전압 비교 단계;
    상기 배터리 전압이 상기 제1기준 전압이하로 판단되면, 제2비교기에서 상기 배터리 전압을 상기 배터리 팩이 과방전 상태인지 여부를 확인하기 위한 제2기준 전압과 비교하는 제2전압 비교 단계;
    상기 제2비교기에서 상기 배터리 전압이 상기 제2기준전압 이하인 것으로 판단되면, 제어부에서 상기 셀 단자와 상기 외부 단자 사이에 구비된 충전 FET를 오프 되도록 제어하여 상기 배터리가 충전되는 것을 차단하는 충전 FET차단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 과방전 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1전압 비교 단계에서, 상기 배터리 전압이 상기 제1기준 전압보다 더 큰 것으로 판단되면, 상기 제어부에서는 상기 충전 FET를 온 되도록 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 배터리 팩 충전 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과방전 제어 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2전압 비교 단계에서,
    상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압보다 더 큰 것으로 판단되면, 상기 제1비교기와 전기적으로 연결된 카운터에 저장된, 상기 배터리 전압이 상기 제2기준 전압보다 더 크게 측정된 횟수인 전압 비교 횟수가 20회인지 확인 하는 전압 비교 횟수 확인 단계; 및
    상기 전압 비교 횟수가 20회 미만일 경우, 상기 카운터에서는 상기 전압 비교 횟수를 1회 더 누적하여 저장하는 전압 비교 횟수 누적 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과방전 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전압 비교 횟수 확인 단계에서,
    상기 전압 비교 횟수가 20회일 경우, 상기 배터리 팩 충전 단계에서 상기 제어부가 상기 충전 FET를 온 되도록 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 과방전 제어 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 전압센서는 상기 배터리 전압을 250ms 간격으로 측정하고, 상기 제1기준전압은 2V이고, 상기 제2기준전압은 1V인 것을 특징으로 하는 과방전 제어 방법.
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