KR20120023896A - 배터리 팩, 및 이의 제어방법 - Google Patents

배터리 팩, 및 이의 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120023896A
KR20120023896A KR1020100086169A KR20100086169A KR20120023896A KR 20120023896 A KR20120023896 A KR 20120023896A KR 1020100086169 A KR1020100086169 A KR 1020100086169A KR 20100086169 A KR20100086169 A KR 20100086169A KR 20120023896 A KR20120023896 A KR 20120023896A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
battery pack
battery cells
voltage
temperature
Prior art date
Application number
KR1020100086169A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101174895B1 (ko
Inventor
김진완
스스무 세가와
황의정
심세섭
양종운
윤한석
김범규
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020100086169A priority Critical patent/KR101174895B1/ko
Priority to US13/224,202 priority patent/US8994333B2/en
Publication of KR20120023896A publication Critical patent/KR20120023896A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101174895B1 publication Critical patent/KR101174895B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 팩, 및 이의 제어방법에 대한 것으로, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 제어방법으로서, 배터리 팩의 충전 및 방전 경로를 영구적으로 차단하는 단계와, 복수의 배터리 셀들 중에서 미리 설정된 기준을 만족시키는 배터리 셀을 강제 방전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어방법을 제공하여 고장난 배터리 팩의 상태를 안정화시킬 수 있게 된다.

Description

배터리 팩, 및 이의 제어방법{Battery pack, and controlling method of the same}
본 발명은 배터리 팩, 및 이의 제어방법에 대한 것이다.
휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
배터리는 배터리 셀과 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로를 포함하는 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리 셀의 종류에 따라서 리튬 이온(Li-ion) 배터리, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리 등으로 분류할 수 있다. 이러한 배터리 셀은 재충전이 가능한 이차전지로서 재충전하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예들이 해결하고자 하는 과제는 고장난 배터리 팩의 상태를 안정화시키는 배터리 팩, 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예들의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 제어방법으로서, 배터리 팩의 충전 및 방전 경로를 영구적으로 차단하는 단계와, 복수의 배터리 셀들 중에서 미리 설정된 기준을 만족시키는 배터리 셀을 강제 방전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어방법을 제공한다.
이러한 본 실시 예의 다른 특징에 의하면, 복수의 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 측정한 전압이 기준 전압 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시킬 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 복수의 배터리 셀들의 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 측정한 온도가 기준 온도 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시킬 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예들의 다른 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀과, 복수의 배터리 셀의 충전 및 방전을 영구적으로 차단하는 보호소자와, 복수의 배터리 셀 각각을 방전시키는 방전회로와, 보호소자가 작동한 이후에 복수의 배터리 셀들 중에서 미리 설정된 기준을 만족시키는 배터리 셀을 방전회로를 통하여 강제 방전시키는 배터리 관리부를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
이러한 본 실시 예의 다른 특징에 의하면, 복수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리부는 측정한 전압이 기준 전압 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시킬 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 복수의 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리부는 측정한 온도가 기준 온도 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 예들에 의하면, 고장난 배터리 팩의 상태를 안정화시키는 배터리 팩, 및 이의 제어방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 수 있다. 또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
{제1 실시예}
<배터리 팩(1)의 구성>
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리(100)와 보호회로(200)를 포함한다.
배터리(100)는 하나 또는 2 이상의 베어 셀(100-1,...,100-n)을 포함할 수 있다. 배터리(100)는 보호회로(200)와 연결되며, 보호회로(200)의 단자부(210)에 충전기 또는 외부 기기가 연결되면 충전 또는 방전을 수행한다. 여기서 외부 기기란, 배터리(100)에 저장된 전기 에너지를 소비하는 핸드폰, 노트북 등의 부하를 말한다. 배터리(100)는 충전하여 사용하는 것이 가능한 이차 전지이다.
보호회로(200)는 배터리(100)의 충전 및 방전을 제어하며, 배터리 팩(1)이 안정적으로 동작하도록 배터리 팩(1) 내의 각 부분을 제어한다. 보호회로(200)는 단자부(210), 배터리 관리부(Battery Management System, 이하 'BMS'라고 한다)(220), 충전 제어 스위치(231), 방전 제어 스위치(232), 보호소자(240), 보호소자 제어 스위치(242), 방전회로(250)를 포함할 수 있다.
단자부(210)는 배터리(100)를 충전하는 충전기 또는 외부 기기와 연결된다. 단자부(210)는 적어도 양극 단자(211)와 음극 단자(212)를 포함하며, 충전기 또는 외부 기기와 통신하기 위한 단자를 더 포함할 수도 있다.
단자부(210)에 충전기가 연결되는 경우, 양극 단자(211)를 통하여 전류가 유입되고, 음극 단자(212)를 통하여 전류가 나가 충전이 이루어진다. 반대로 단자부(210)에 외부 기기가 연결되는 경우, 음극 단자(212)를 통하여 전류가 유입되고, 양극 단자(211)를 통하여 전류가 나가 방전이 이루어진다.
배터리 관리부(220)는 배터리(100)의 셀 밸런싱 제어, 충전 및 방전 제어 등의 기능을 수행한다. 배터리 관리부(220)는 전원 단자(VCC), 그라운드 단자(GND), 충전 제어 단자(CHG), 방전 제어 단자(DCG), 보호 소자 제어 단자(FC), 적어도 하나의 스위치 제어 단자(SC), 그리고 적어도 하나의 전압 감지 단자(V1,...,Vn)를 포함할 수 있다.
전원 단자(VCC)와 그라운드 단자(GND)에는 전원 전압과 그라운드 전압이 각각 인가된다. 충전 제어 단자(CHG)와 방전 제어 단자(DCG)는 배터리 팩(1)에 이상이 있는 경우, 충전 제어 스위치(231)의 동작을 제어하는 충전 제어신호 또는 방전 제어 스위치(232)의 동작을 제어하는 방전 제어신호를 출력한다.
보호소자 제어 단자(FC)는 보호소자 제어 스위치(242)의 온/오프를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. 보호소자 제어 단자(FC)는 충전 제어 스위치(231) 및/또는 방전 제어 스위치(232)가 오프되어 충전 및/또는 방전 동작이 중단되었을 때, 미리 설정된 조건을 만족시키는 경우 보호소자(240)를 동작시켜 배터리 팩(1)의 기능을 영구적으로 차단하도록 제어한다. 여기서 미리 설정된 조건이란 배터리(100)의 전압 또는 온도가 기준값 이상일 경우일 수 있다. 또는 미리 설정된 조건이란 배터리(100)의 전압 또는 온도가 기준값 이상으로 일정 시간 이상 지속되는 경우일 수도 있다. 그러나 상기 조건은 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 팩(1)을 안정적으로 제어하기 위하여 다양하게 변경 가능할 것이다.
적어도 하나의 전압 감지 단자(V1,...,Vn)는 배터리(100)의 중간 전압을 측정한다. 즉, 전압 감지 단자(V1,...,Vn)는 배터리 셀(100-1,...,100-n) 사이의 노드와 전기적으로 연결되어 배터리 셀(100-1,...,100-n)의 전압을 측정한다. 즉, 배터리 관리부(220)는 전압 측정부의 일례일 수 있다.
스위치 제어 단자(SC)는 스위칭 제어신호를 출력하여 방전회로(250)에 포함된 스위치들(SW1-1,...,SW1-n)의 온/오프를 제어한다. 도 1에서는 하나의 단자와 신호 라인만 도시하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 스위치들(SW1-1,...,SW1-n) 각각을 제어하기 위하여 복수의 신호 라인과 스위치 제어 단자(SC)로서 복수의 단자가 구비될 수 있을 것이다.
배터리 관리부(220)는 상기 단자들을 통하여 배터리(100)의 충전 상태 또는 방전 상태, 배터리 팩(1) 내부의 전류 흐름 상태 등을 감지한다. 또한 배터리 관리부(220)는 배터리 셀(100-1,...,100-n) 사이의 중간 전압을 측정할 수 있다. 그리고 배터리 관리부(220)는 측정 결과에 따라서 배터리(100)의 셀 밸런싱, 충전 및 방전을 제어한다.
또한 본 실시 예에 따른 배터리 관리부(220)는 상기 스위칭 제어신호를 사용하여 방전회로(250)에 포함된 스위치들(SW1-1,...,SW1-n)을 제어하여 배터리(100)에 포함된 복수의 배터리 셀(100-1,...,100-n) 중에서 특정 배터리 셀을 자체적으로 방전시킬 수 있다. 여기서 상기 특정 배터리 셀은 미리 설정된 기준 전압(Vref) 이상의 전압값을 갖는 배터리 셀일 수 있다.
본 실시 예에서는 배터리 관리부(220)가 보호회로(200) 내의 각 구성을 모두 제어하는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리(100)의 전압을 측정하고, 충전 제어 스위치(231) 및 방전 제어 스위치(232)의 동작을 제어하는 아날로그 프론트 엔드(미도시)를 더 포함하고, 배터리 관리부(220)가 아날로그 프론트 엔드를 제어하도록 구성할 수도 있다.
충전 제어 스위치(231)와 방전 제어 스위치(232) 각각은 FET와 기생 다이오드로 이루어진다. 즉, 충전 제어 스위치(231)는 FET1과 D1으로 이루어지며, 방전 제어 스위치(232)는 FET2와 D2로 이루어진다. 충전 제어 스위치(231)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)의 소스와 드레인 사이의 접속방향은 방전 제어 스위치(232)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)와는 반대방향으로 설정한다. 이러한 구성으로 충전 제어 스위치(231)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)는 양극 단자(211)로부터 배터리(100) 또는 배터리(100)로부터 음극 단자(212)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 반면에, 방전 제어 스위치(232)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)는 배터리(100)로부터 양극 단자(211)로 또는 음극 단자(212)로부터 배터리(100)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 여기서, 충전 제어 스위치(231) 및 방전 제어 스위치(232)의 전계 효과 트랜지스터(FET1, FET2)는 스위칭 소자이며, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 다른 종류의 스위칭 기능을 수행하는 전기소자가 사용될 수 있다. 또한, 충전 제어 스위치(231) 및 방전 제어 스위치(232)에 포함된 기생 다이오드(D1, D2)는 전류가 제한되는 방향에 반대방향으로 전류가 흐르도록 구성한다.
보호소자(240)는 배터리 팩(1)에 이상이 발생한 경우, 배터리(100)의 충전 및 방전을 영구적으로 차단한다. 보호소자(240)로서 퓨즈(241)가 사용될 수 있다. 일단 보호소자(240)가 동작한 경우, 배터리 팩(1)은 더 이상 사용할 수 없다. 따라서 배터리 관리부(220)는 보호소자(240)의 동작 이전에 먼저 충전 제어 스위치(231) 및 방전 제어 스위치(232)를 제어하여 배터리(100)의 충전 및 방전을 제어한다. 상기 제어에도 불구하고 배터리 팩(1)의 불안정한 상태가 지속되는 경우, 예를 들어 배터리(100)의 전압이 미리 설정된 전압 또는 온도 이상인 경우에는, 배터리 관리부(220)는 보호소자(240)가 동작하도록 제어하며, 보호소자(240)는 대전류 경로를 완전히 차단하여 배터리(100)의 충전 및 방전을 영구적으로 차단한다.
보호소자 제어 스위치(242)는 보호소자 제어 단자(FC)로부터 출력된 제어신호에 따라서 온/오프 동작을 수행한다. 보호소자 제어 스위치(242)가 N채널 트랜지스터로서 FET3와 D3로 이루어지며, 보호소자 제어 단자(FC)로부터 하이 레벨의 신호가 출력되어 보호소자 제어 스위치(242)에 인가되는 경우, 보호소자 제어 스위치(242)가 온 상태가 되어 저항 Rf 및 보호소자(240)에 전류가 흐르게 된다. 예를 들어, 보호소자(240)로 퓨즈(241)가 사용되는 경우, 상기 전류에 의하여 퓨즈(241)가 끊어지게 된다.
방전회로(250)는 배터리 셀(100-1,...,100-n)을 강제적으로 방전시키는 회로이다. 방전회로(250)는 복수의 스위치(SW1-1,...,SW1-n), 저항(R1-1,...,R1-n), 다이오드(ZD1-1,...,ZD1-n), 커패시터(C1-1,...,C1-n)를 포함할 수 있다. 다이오드(ZD1-1,...,ZD1-n)로는 제너 다이오드가 사용될 수 있다. 방전회로(250)는 배터리 관리부(220)로부터의 스위칭 제어신호에 따라서 복수의 스위치(SW1-1,...,SW1-n)를 온 또는 오프시켜 특정 배터리 셀에 대하여 루프를 형성하며, 이로 인하여 상기 특정 배터리 셀이 자체적으로 방전하도록 한다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(100-1)이 기준 전압(Vref) 이상인 경우, 배터리 관리부(220)는 제1 스위치(SW1-1) 및 제2 스위치(SW1-2)를 온 시키고, 제1 배터리 셀(100-1)은 제1 저항(R1-1), 제1 다이오드(ZD1-1), 제2 저항(R1-2)의 경로를 통하여 전류를 흘려 충전된 전력을 방전시킨다.
이하, 본 실시 예에 따른 배터리 팩(1)의 제어방법에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
<배터리 팩(1)의 제어방법>
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)의 제어방법을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 관리부(220)는 배터리 팩(1) 내의 각 구성을 모니터링 하여 배터리 팩(1)에 이상 상황이 발생하였는지를 판단한다(S10). 이상 상황이란 과방전, 과충전, 과전류 등을 의미한다. 배터리 팩(1)에 이상 상황이 발생하지 않은 경우에는 배터리 관리부(220)는 모니터링 동작을 계속 수행한다. 배터리 팩(1)에 이상 상황이 발생한 경우, 배터리 관리부(220)는 충전 제어 스위치(231) 및/또는 방전 제어 스위치(232)를 오프시킨다(S11).
배터리 관리부(220)는 이상 상황이 지속되는지를 판단하고(S12), 이상 상황이 종료된 경우에는 충전 제어 스위치(231) 및/또는 방전 제어 스위치(232)를 기존 상태로 복구하고(S13), 배터리 팩(1)의 모니터링 동작을 수행한다.
한편, 충전 제어 스위치(231) 및/또는 방전 제어 스위치(232)를 오프시킨 후에도 이상 상황이 지속되는 경우, 예를 들어, 배터리(100)의 전압이 미리 설정된 전압 또는 온도 이상이거나 미리 설정된 전압 또는 온도 이상으로 일정 시간 이상 지속되는 경우에는 보호소자(240)를 동작시켜 충전 경로 및 방전 경로를 영구적으로 차단한다(S14).
그리고 배터리 관리부(220)는 배터리 셀들(100-1,...,100-n)의 전압을 측정하고(S15), 측정된 전압을 기준 전압(Vref)과 비교한다(S16).
측정된 전압들 중 기준 전압(Vref)보다 큰 전압값을 갖는 경우가 존재하면, 배터리 관리부(220)는 기준 전압(Vref)보다 큰 전압값을 갖는 배터리 셀을 강제로 방전시키고(S17), 상기 방전시킨 배터리 셀이 미리 설정된 기준을 만족시키면 방전을 종료하고 배터리 팩(1)의 동작을 종료시킨다. 여기서 미리 설정된 기준은 방전되는 배터리 셀의 전압이 일정 전압 이하로 내려가는 경우, 또는 배터리 셀이 완방전 되는 경우 등일 수 있다. 반면에, 측정된 전압들 중 기준 전압(Vref)보다 큰 전압값을 갖는 경우가 존재하지 않으면, 그대로 배터리 팩(1)의 동작을 종료시킨다.
상기와 같이, 본 실시 예에 따른 배터리 팩(1)에 의하면, 배터리 팩(1)의 충전 및 방전을 영구적으로 차단한 후에 불안정한 상태의 배터리 셀을 강제로 방전시켜, 고장난 배터리 팩(1)의 상태를 안정화시킬 수 있게 된다.
{제2 실시예}
<배터리 팩(2)의 구성>
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(2)을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 배터리 팩(2)은 배터리(100)와 보호회로(200)를 포함한다. 본 실시 예에 따른 배터리 팩(2)의 구성은 도 1의 배터리 팩(1)과 구성이 실질적으로 동일하므로, 도 1의 배터리 팩(1)과 상이한 구성을 중점적으로 설명하도록 한다.
본 실시 예에 따른 보호회로(200)는 단자부(210), 배터리 관리부(Battery Management System, 이하 'BMS'라고 한다)(220), 충전 제어 스위치(231), 방전 제어 스위치(232), 보호소자(240), 보호소자 제어 스위치(242), 방전회로(250)에 더하여 온도 측정부(260)를 더 포함할 수 있다.
배터리 관리부(220)는 배터리(100)의 셀 밸런싱 제어, 충전 및 방전 제어 등의 기능을 수행한다. 본 실시 예에 따른 배터리 관리부(220)는 온도 감지를 위한 온도 감지 단자(TD)를 더 포함할 수 있다.
온도 감지 단자(TD)는 온도 측정부(260)에서 측정한 배터리 셀(100-1,...,100-n)의 온도 데이터를 수신한다. 도 3에서는 하나의 단자와 신호 라인만 도시하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 배터리 셀(100-1,...,100-n) 각각d의 온도 데이터를 수신하기 위하여 복수의 신호 라인과 온도 감지 단자(TD)로서 복수의 단자가 구비될 수 있을 것이다.
한편, 본 실시 예에 따른 배터리 관리부(220)는 상기 스위칭 제어신호를 사용하여 방전회로(250)에 포함된 스위치들(SW1-1,...,SW1-n)을 제어하여 배터리(100)에 포함된 복수의 배터리 셀(100-1,...,100-n) 중에서 특정 배터리 셀을 자체적으로 방전시킬 수 있다. 여기서 상기 특정 배터리 셀은 미리 설정된 기준 온도(Tref) 이상의 온도값을 갖는 배터리 셀일 수 있다.
이하, 본 실시 예에 따른 배터리 팩(2)의 제어방법에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
<배터리 팩(2)의 제어방법>
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(2)의 제어방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 관리부(220)는 배터리 팩(2) 내의 각 구성을 모니터링 하여 배터리 팩(2)에 이상 상황이 발생하였는지를 판단한다(S20). 이상 상황이란 과방전, 과충전, 과전류 등을 의미한다. 배터리 팩(2)에 이상 상황이 발생하지 않은 경우에는 배터리 관리부(220)는 모니터링 동작을 계속 수행한다. 배터리 팩(2)에 이상 상황이 발생한 경우, 배터리 관리부(220)는 충전 제어 스위치(231) 및/또는 방전 제어 스위치(232)를 오프시킨다(S21).
배터리 관리부(220)는 이상 상황이 지속되는지를 판단하고(S22), 이상 상황이 종료된 경우에는 충전 제어 스위치(231) 및/또는 방전 제어 스위치(232)를 기존 상태로 복구하고(S23), 배터리 팩(2)의 모니터링 동작을 수행한다.
한편, 충전 제어 스위치(231) 및/또는 방전 제어 스위치(232)를 오프시킨 후에도 이상 상황이 지속되는 경우, 예를 들어, 배터리(100)의 전압이 미리 설정된 전압 또는 온도 이상이거나 미리 설정된 전압 또는 온도 이상으로 일정 시간 이상 지속되는 경우에는 보호소자(240)를 동작시켜 충전 경로 및 방전 경로를 영구적으로 차단한다(S24).
그리고 배터리 관리부(220)는 배터리 셀들(100-1,...,100-n)의 온도를 측정하고(S25), 측정된 온도를 기준 온도(Tref)와 비교한다(S26).
측정된 온도들 중 기준 온도(Tref)보다 큰 온도값을 갖는 경우가 존재하면, 배터리 관리부(220)는 기준 온도(Tref)보다 큰 온도값을 갖는 배터리 셀을 강제로 방전시키고(S27), 상기 방전시킨 배터리 셀이 미리 설정된 기준을 만족시키면 방전을 종료하고 배터리 팩(2)의 동작을 종료시킨다. 여기서 미리 설정된 기준은 방전되는 배터리 셀의 전압이 일정 전압 이하로 내려가는 경우, 배터리 셀의 온도가 일정 온도 이하로 내려가는 경우, 또는 배터리 셀이 완방전 되는 경우 등일 수 있다. 반면에, 측정된 온도들 중 기준 온도(Tref)보다 큰 온도값을 갖는 경우가 존재하지 않으면, 그대로 배터리 팩(2)의 동작을 종료시킨다.
상기와 같이, 본 실시 예에 따른 배터리 팩(2)에 의하면, 배터리 팩(2)의 충전 및 방전을 영구적으로 차단한 후에 불안정한 상태의 배터리 셀을 강제로 방전시켜, 고장난 배터리 팩(2)의 상태를 안정화시킬 수 있게 된다.
이상에서 언급된 본 실시 예들 및 그 변형 예들에 따른 제어방법을 전력 저장 시스템에서 실행시키기 위한 프로그램은 기록매체에 저장될 수 있다. 여기서 기록매체라 함은 예컨대 프로세서가 읽을 수 있는 매체로서 반도체 기록매체(예컨대, Flash memory, SRAM) 등을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 기록매체는 BMS(220)에 임베디드될 수 있으며, 상기 BMS(220)등의 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1,2 배터리 팩 100 배터리
200 보호회로 210 단자부
220 배터리 관리부(BMS) 231 충전 제어 스위치
232 방전 제어 스위치 240 보호소자
250 방전회로 260 온도 측정부

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 제어방법으로서,
    상기 배터리 팩의 충전 및 방전 경로를 영구적으로 차단하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 셀들 중에서 미리 설정된 기준을 만족시키는 배터리 셀을 강제 방전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정한 전압이 기준 전압 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측정한 온도가 기준 온도 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어방법.
  6. 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀의 충전 및 방전을 영구적으로 차단하는 보호소자;
    상기 복수의 배터리 셀 각각을 방전시키는 방전회로; 및
    상기 보호소자가 작동한 이후에 상기 복수의 배터리 셀들 중에서 미리 설정된 기준을 만족시키는 배터리 셀을 상기 방전회로를 통하여 강제 방전시키는 배터리 관리부;를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는 상기 측정한 전압이 기준 전압 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는 상기 측정한 온도가 기준 온도 이상인 배터리 셀들을 강제 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
KR1020100086169A 2010-09-02 2010-09-02 배터리 팩, 및 이의 제어방법 KR101174895B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086169A KR101174895B1 (ko) 2010-09-02 2010-09-02 배터리 팩, 및 이의 제어방법
US13/224,202 US8994333B2 (en) 2010-09-02 2011-09-01 Battery pack and method of controlling the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086169A KR101174895B1 (ko) 2010-09-02 2010-09-02 배터리 팩, 및 이의 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120023896A true KR20120023896A (ko) 2012-03-14
KR101174895B1 KR101174895B1 (ko) 2012-08-17

Family

ID=45770223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100086169A KR101174895B1 (ko) 2010-09-02 2010-09-02 배터리 팩, 및 이의 제어방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8994333B2 (ko)
KR (1) KR101174895B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150060602A (ko) * 2013-10-29 2015-06-03 시아오미 아이엔씨. 전자장치, 배터리 보호방법, 장치, 프로그램 및 기록매체
KR20170051057A (ko) * 2015-11-02 2017-05-11 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱 회로를 이용한 영구 손상된 배터리 팩 안정화 장치 및 방법
US9660301B2 (en) 2013-10-29 2017-05-23 Xiaomi Inc. Methods and devices for battery protection
KR20170062857A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 주식회사 엘지화학 Ptc 소자를 이용한 배터리 셀 보호 시스템 및 방법
KR20190046497A (ko) * 2017-10-26 2019-05-07 현대오트론 주식회사 배터리 관리 시스템 보호 장치
KR20190002154U (ko) * 2017-01-09 2019-08-21 밀워키 일렉트릭 툴 코포레이션 배터리 팩
KR20190130901A (ko) * 2018-05-15 2019-11-25 주식회사 엘지화학 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치 및 방법
KR102196351B1 (ko) * 2019-11-01 2020-12-29 주식회사 티팩토리 임베디드 모듈과 pcm을 이용한 배터리 보호장치
WO2022010274A1 (ko) * 2020-07-08 2022-01-13 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 및 이를 포함하는 자동차

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014057538A1 (ja) * 2012-10-10 2014-04-17 三菱電機株式会社 車載用蓄電装置及びその制御方法
TWI519024B (zh) * 2014-04-11 2016-01-21 虹光精密工業股份有限公司 電子裝置之多段式放電電路及其多段式放電方法
US20160093921A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-31 Apple Inc. Cell voltage sensing for rechargeable battery packs
KR102284481B1 (ko) * 2014-11-27 2021-08-02 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR20210007245A (ko) 2019-07-10 2021-01-20 주식회사 엘지화학 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법
JP7452273B2 (ja) * 2020-06-12 2024-03-19 トヨタ自動車株式会社 電池システム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610495A (en) * 1994-06-20 1997-03-11 Motorola, Inc. Circuit and method of monitoring battery cells
US6417648B2 (en) * 2000-06-28 2002-07-09 Nissan Motor Co., Ltd. Method of and apparatus for implementing capacity adjustment in battery pack
US6531846B1 (en) * 2001-05-03 2003-03-11 National Semiconductor Corporation Final discharge of a cell activated by a circuit that senses when a charging fault has occurred
JP4820175B2 (ja) * 2006-01-19 2011-11-24 レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド 電池パックおよび電池パックの機能を恒久的に停止させる方法
KR100906249B1 (ko) 2006-09-11 2009-07-07 주식회사 엘지화학 안전성 향상을 위한 전지 시스템의 제어방법
JP4770918B2 (ja) 2008-11-18 2011-09-14 ソニー株式会社 電池パックおよび制御方法
US20100225277A1 (en) * 2009-03-06 2010-09-09 Asic Advantage Inc. Battery charge and discharge controller

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150060602A (ko) * 2013-10-29 2015-06-03 시아오미 아이엔씨. 전자장치, 배터리 보호방법, 장치, 프로그램 및 기록매체
US9660301B2 (en) 2013-10-29 2017-05-23 Xiaomi Inc. Methods and devices for battery protection
KR20170051057A (ko) * 2015-11-02 2017-05-11 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱 회로를 이용한 영구 손상된 배터리 팩 안정화 장치 및 방법
KR20170062857A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 주식회사 엘지화학 Ptc 소자를 이용한 배터리 셀 보호 시스템 및 방법
KR20190002154U (ko) * 2017-01-09 2019-08-21 밀워키 일렉트릭 툴 코포레이션 배터리 팩
KR20190046497A (ko) * 2017-10-26 2019-05-07 현대오트론 주식회사 배터리 관리 시스템 보호 장치
KR20190130901A (ko) * 2018-05-15 2019-11-25 주식회사 엘지화학 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치 및 방법
KR102196351B1 (ko) * 2019-11-01 2020-12-29 주식회사 티팩토리 임베디드 모듈과 pcm을 이용한 배터리 보호장치
WO2022010274A1 (ko) * 2020-07-08 2022-01-13 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 및 이를 포함하는 자동차

Also Published As

Publication number Publication date
KR101174895B1 (ko) 2012-08-17
US20120056598A1 (en) 2012-03-08
US8994333B2 (en) 2015-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101174895B1 (ko) 배터리 팩, 및 이의 제어방법
KR101975395B1 (ko) 배터리 팩 및 이의 제어 방법
KR101973054B1 (ko) 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법
KR101440888B1 (ko) 배터리 보호 회로
KR101288122B1 (ko) 배터리 충전방법, 및 이를 적용한 배터리 팩
KR102028170B1 (ko) 셀 밸런싱 회로 및 이를 구비한 배터리 팩
KR101213480B1 (ko) 배터리 보호회로 및 이의 제어방법
US9917451B2 (en) Battery pack and controlling method thereof
KR101201139B1 (ko) 배터리 팩의 보호 회로 장치
KR101182890B1 (ko) 배터리 팩 충전 제어 시스템
KR101193167B1 (ko) 배터리 팩, 충전기, 및 충전 시스템
KR101264740B1 (ko) 배터리 보호회로, 및 이의 제어방법
KR101108188B1 (ko) 배터리 보호회로 및 이의 제어방법
KR20130049460A (ko) 배터리 팩, 배터리 관리부, 및 배터리 시스템
US9411020B2 (en) Battery pack and method of controlling the same
KR20110134751A (ko) 배터리 팩 및 이의 제어 방법
KR101137376B1 (ko) 배터리 팩
KR20150107032A (ko) 배터리 팩
US9935472B2 (en) Battery pack
KR20170022161A (ko) 배터리 장치
KR101578707B1 (ko) 배터리 팩 및 이의 제어 방법
KR100719676B1 (ko) 전원 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150721

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160721

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170720

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180718

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190801

Year of fee payment: 8