KR20150033545A - 배터리 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적은 수의 옵토 커플러를 사용하여 생산비용을 낮출 수 있는 배터리 관리 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 평상시 턴 오프 상태를 유지하도록 제어된다. 그리고 상기 직렬로 연결된 스위치는 어느 하나가 턴 온 될 경우, 턴 온된 스위치보다 이후에 연결된 스위치가 연속적으로 턴 온되도록 연결된다. 가장 마지막에 연결된 스위치의 턴 온은 옵토커플러를 턴 온 시키는 스위치를 턴 온시킨다. 그 결과, 옵토 커플러의 턴 온으로 배터리 관리 디바이스는 외부 장치로 정보를 전달할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적은 수의 옵토 커플러를 사용하여 생산비용을 낮출 수 있는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 배터리 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
이러한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리 팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 알고리즘이 적용되어 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMU(Battery Management Unit) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 배터리가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
이러한 멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 배터리를 포함하고 있으므로 하나의 BMU를 사용하여 모든 배터리의 충방전 상태를 제어하는 것은 한계가 있다. 따라서 최근에는 배터리 팩에 포함되어 있는 각각의 배터리 모듈마다 BMU를 장착하여 BMS(Battery Management System)를 구성하는 기술이 사용되고 있다.
이러한, 멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 일반적으로 높은 동작 전압을 가지고 있기 때문에, 상기 BMS와 연결된 외부 장치는 전기적으로 절연할 필요가 있다.
이에 대해서 대한민국 공개특허공보 10-2011-0027189에는 BMS와 연결된 외부 장치를 전기적으로 절연하는 방법을 개시하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 BMS와 외부 장치의 절연 방법을 도시한 회로도이다.
도 1을 참고하면, 배터리 팩(P)의 신호 출력 단자에 다수의 옵토 커플러(1-#1 ~ 1-#N)를 연결하여 외부 장치(Ex)로 각각 정보를 전송하면서, 배터리 팩(P)과 외부 장치(Ex)를 전기적으로 절연시키고 있다. 이와 같은 종래 기술에 의하면, 배터리 팩의 BMS와 외부 장치의 정보 전달을 위해서는 많은 양의 옵토 커플러가 필요하다. 다시 말해, 필요한 옵토 커플러의 개수는 BMS의 출력 단자 수에 비례하여 증가하게 된다. 하지만, 옵토 커플러는 일반적인 전기소자에 비해 비교적 가격이 비싼 전기소자이므로 각각의 출력 단자마다 옵토 커플러를 하나씩 구비하는 것은 비경제적이다.
따라서, BMS의 생산단가를 줄이면서 동시도 BMS와 외부 장치를 절연시킬 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 적은 수의 옵토 커플러를 사용하여 생산 비용을 낮추면서도, 외부 장치와 배터리 관리 시스템과의 절연 상태를 유지하고 외부 장치로 정보 내지 신호를 잘 전달할 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 2 이상의 배터리 어셈블리가 순차적으로 연결된 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 시스템으로서, 가변 전압을 출력하는 제1 단자 및 일정 전압을 출력하는 제2 단자를 구비하고, 상기 배터리 어셈블리마다 구비된 2 이상의 배터리 관리 디바이스; 상기 배터리 관리 디바이스 마다 구비되되 상기 제1 단자 및 제2 단자 사이에 연결되어 상기 제1 단자로부터 출력되는 가변 전압에 따라 선택적으로 턴 온되거나 턴 오프되며, 서로 순차적으로 연결된 2 이상의 슬레이브 스위치부; 및 상기 배터리 관리 디바이스의 정보를 외부 장치로 전달하는 정보 전달부;를 포함하고, 상기 슬레이브 스위치부들은, 상기 슬레이브 스위치부들 중 외부 장치로 정보를 전달하고자 하는 배터리 관리 디바이스에 구비된 슬레이브 스위치부가 턴 온되면 상기 슬레이브 스위치부들 중 말단에 구비된 말단 슬레이브 스위치부 방향을 따라 순차적으로 턴 온되어 상기 정보 전달부가 상기 외부 장치로 정보를 전달할 수 있도록 정보 전달 경로를 형성할 수 있다.
상기 슬레이브 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비할 수 있다.
상기 바이폴라 접합 트랜지스터는, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터이고, 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제2 단자에 연결되고, 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제1 단자에 연결되며, 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 순차적으로 연결된 인접한 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터 및 상기 인접한 슬레이브 스위치부가 구비된 배터리 관리 디바이스의 제1 단자를 연결하는 선로 상에 형성된 연결 노드에 연결될 수 있다.
상기 정보 전달부와 상기 말단 슬레이브 스위치부 사이에 연결되고, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온됨에 따라 턴 온되는 마스터 스위치부;를 더 포함할 수 있다.
상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 마스터 스위치부와 연결되고, 상기 마스터 스위치부는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온되어 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터에 전류가 흐르면 턴 온될 수 있다.
상기 마스터 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비할 수 있다.
상기 마스터 스위치부는, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비하고, 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터와 연결될 수 있다.
상기 마스터 스위치부가 구비한 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 말단 슬레이브 스위치부를 구비한 상기 배터리 관리 디바이스의 제2 단자와 연결될 수 있다.
상기 마스터 스위치부가 구비한 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 정보 전달부의 일단에 연결될 수 있다.
상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스와 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터를 연결하는 선로 상에는, 커패시터가 구비될 수 있다.
상기 연결 노드와 상기 제1 단자를 연결하는 선로 상에는, 상기 연결 노드에서 상기 제1 단자 방향으로 전류를 흐르게 하는 다이오드가 구비될 수 있다.
상기 말단 슬레이브 스위치부는, 상기 배터리 어셈블리들 중 최고전위를 갖는 배터리 어셈블리를 관리하는 배터리 관리 디바이스에 구비될 수 있다.
상기 바이폴라 접합 트랜지스터는, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터이고, 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제1 단자에 연결되고, 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제2 단자에 연결되며, 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 순차적으로 연결된 인접한 슬레이브 스위치부가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터 및 상기 인접한 슬레이브 스위치부가 구비된 배터리 관리 디바이스의 제2 단자를 연결하는 선로 상에 형성된 연결 노드에 연결될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 정보 전달부와 상기 말단 슬레이브 스위치부 사이에 연결되고, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온됨에 따라 턴 온되는 마스터 스위치부;를 더 포함할 수 있다.
상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 마스터 스위치부와 연결되고, 상기 마스터 스위치부는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온되어 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터에 전류가 흐르면 턴 온될 수 있다.
상기 마스터 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비할 수 있다.
상기 마스터 스위치부는, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비하고, 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터와 연결될 수 있다.
상기 마스터 스위치부가 구비한 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 말단 슬레이브 스위치부를 구비한 상기 배터리 관리 디바이스의 제2 단자와 연결될 수 있다.
상기 마스터 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 정보 전달부의 일단에 연결될 수 있다.
상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스와 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터를 연결하는 선로 상에는, 커패시터가 구비될 수 있다.
상기 연결 노드와 상기 제2 단자를 연결하는 선로 상에는, 상기 제2 단자에서 상기 연결 노드 방향으로 전류를 흐르게 하는 다이오드가 구비될 수 있다.
상기 말단 슬레이브 스위치부는, 상기 배터리 어셈블리들 중 최저전위를 갖는 배터리 어셈블리를 관리하는 배터리 관리 디바이스에 구비될 수 있다.
상기 슬레이브 스위치부는, 상기 제1 단자가 출력하는 가변 전압이 상기 제2 단자가 출력하는 일정 전압보다 낮은 전압을 출력하면 턴 온될 수 있다.
상기 정보 전달부는, 상기 외부 장치로 정보를 전달하되 상기 정보 전달부와 상기 외부 장치를 절연시키는 옵토 커플러일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 구동 시스템은, 상기 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 옵토 커플러를 사용하여 외부 장치와 배터리 관리 시스템과의 절연 상태를 유지할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 적은 수의 옵토 커플러를 사용하면서도 배터리 관리 디바이스의 정보를 외부 장치로 효과적으로 전달할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 BMS와 외부 장치의 절연 방법을 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 2 이상의 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N), 2 이상의 슬레이브 스위치부(30-#1 ~ 30-#N), 정보 전달부(50) 및 마스터 스위치부(40)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 2 이상의 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)가 전기적으로 연결된 배터리 팩(1)을 관리한다. 여기서, 2 이상의 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)는 순차적으로 연결될 수 있다. 즉, 2 이상의 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)는 서로 직렬 연결될 수 있다. 다시 말해, 도 2에 도시된 바와 같이, 최저전위를 갖는 배터리 어셈블리(10-#1)로부터 최고전위를 갖는 배터리 어셈블리(10-#N)에 이르기까지 2 이상의 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)가 순차적으로 연결될 수 있다. 한편, 여기서, 순차적이라는 의미는, 반드시 저전위에서 고전위 방향을 의미하는 것은 아니므로, 고전위에서 저전위 방향으로 연결되는 것을 포함한다.
상기 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)는, 단일의 이차전지 셀(12) 또는 이차전지 셀(12)의 집합체를 의미하며, 상기 이차전지 셀(12)의 집합체는, 직렬, 병렬 또는 직병렬된 이차전지 셀(12)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 이차전지 셀(12)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 각각의 이차전지 셀(12)은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 이차전지 셀(12)의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이차전지 셀(12)의 종류, 출력 전압, 충전 용량 등에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2에는 상기 이차전지 셀(12)들이 모두 직렬로 연결된 실시예를 도시하였으나, 본 발명이 상기 이차전지 셀(12)의 연결 방법에 따라 제한되지 않는다.
상기 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N)는, 상기 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N) 마다 구비되어 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)를 관리할 수 있다. 즉, 상기 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N)는, 상기 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)와 마찬가지로 2 이상이 구비될 수 있다. 상기 배터리 관리 디바이스는, 상기 배터리 어셈블리 마다 적어도 하나가 구비되어 해당 배터리 어셈블리를 관리할 수 있다. 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N)는, 상기 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)에 대응되는 개수가 구비될 수 있다. 따라서, 제1 배터리 관리 디바이스(20-#1)는, 제1 배터리 어셈블리(10-#1)를 관리할 수 있고, 제2 배터리 관리 디바이스(20-#2)는, 제2 배터리 어셈블리(10-#2)를 관리할 수 있으며, 제N 배터리 관리 디바이스(20-#N)는, 제N 배터리 어셈블리(10-#N)를 관리할 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 관리 디바이스(20)는, 자신이 관리하는 배터리 어셈블리(11)에 포함된 각 이차전지 셀(12)의 전압 또는 전류를 포함한 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 포함하는 다양한 제어 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 디바이스(20)는 외부 장치(60)로부터 자신이 관리하는 배터리 어셈블리(11)의 충방전과 관련된 제어 신호를 수신하고, 자신이 관리하는 배터리 어셈블리(11)의 상태에 관한 정보 등을 외부 장치(60)로 송신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 상기 2 이상의 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N)가 하나의 정보 전달부(50)를 통해서 자신이 관리하는 배터리 어셈블리(10-#1 ~ 10-#N)의 상태에 관한 정보 등을 외부 장치(60)로 전달할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 디바이스(20)는 제1 단자(21)와 제2 단자(22)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 제1 단자(21)는, 가변 전압을 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 단자(21)는 외부 장치(60)로 정보를 전달하지 않을 경우에는 높은 전압을 출력하고, 외부 장치(60)로 정보를 전송하고자 할 경우에는 낮은 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 높고 낮음은, 절대적인 의미로 사용될 수도 있으나, 후술할 제2 단자(22)가 출력하는 일정 전압의 크기를 기준으로, 상대적인 의미로 사용될 수도 있다. 즉, 제2 단자(22)가 출력하는 일정 전압과 상대적으로 비교하여 제1 단자(21)가 출력하는 가변 전압이 더 큰 경우, 상기 가변 전압은 높은 전압이라고 표현될 수 있고, 이와 달리, 제2 단자(22)가 출력하는 일정 전압과 상대적으로 비교하여 제1 단자(21)가 출력하는 가변 전압이 더 작은 경우, 상기 가변 전압은 낮은 전압이라고 표현될 수 있다.
상기 제2 단자(22)는, 일정 전압을 출력할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 '일정 전압'은 상기 제1 단자(21)에서 상대적으로 낮은 전압을 출력할 때 상기 슬레이브 스위치부(30)를 턴 온 시킬 수 있는 전압값일 수 있다. 일 예로, 상기 제2 단자(22)에서 출력되는 일정한 전압값은 5V 일 수 있다. 그러나, 상기 제2 단자(22)에서 출력되는 전압값은 상기 슬레이브 스위치부(30)의 턴 온 및 턴 오프를 제어하기 위해 상기 제1 단자(21)로부터 출력되는 높은 전압값과 연계되어 설정될 수 있음을 이해해야 한다.
일 예로, 상기 배터리 관리 디바이스(20)는, 집적 회로(IC)로 구현될 수 있으며, 상기 제1 단자(21)는 시그널 핀이고, 제2 단자(22)는 파워 핀일 수 있다.
한편, 상기 배터리 관리 디바이스(20)는 상기 제2 단자(22)가 일정 전압을 출력할 수 있도록 하기 위해 레귤레이터(Regulator)를 포함할 수 있다. 레귤레이터란, 회로에 일정한 전압을 제공하는 장치로서, 이러한 레귤레이터는 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 장치이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 정보 전달부(50)는, 외부 장치(60)로 정보를 전달할 수 있다. 구체적으로 상기 정보 전달부(50)는, 2 이상의 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N) 중 외부 장치(60)로 정보를 전달하고자 하는 배터리 관리 디바이스의 정보를 외부 장치(60)로 전달할 수 있다. 이때, 상기 정보 전달부(50)는, 슬레이브 스위치부(30-#1 ~ 30-#N)가 순차적으로 턴 온됨으로써 형성되는 정보 전달 경로를 통해 배터리 관리 디바이스의 정보를 외부 장치로 전달할 수 있다.
바람직하게는, 상기 정보 전달부(50)는, 옵토 커플러(OC)일 수 있다.
옵토 커플러(opto-coupler)란, 발광원(입력)과 광검출기(출력)로 이루어진 스위칭 소자이다. 일반적으로 발광원으로 적외선 발광 다이오드(LED)가 사용되며, 광검출기로서 빛을 받으면 턴 온이 되는 포토다이오드나 포토트랜지스터가 사용된다. 따라서, 입력측(in)에 전류를 흘려주면 발광원에서 빛을 발산하고, 출력측(out) 소자인 포토다이오드나 포토트랜지스터가 턴 온이 된다. 즉, 전기적 커플링이 아니라 빛에 의해서 턴 온 또는 턴 오프가 되는 스위칭 소자이다. 따라서, 상기 옵토 커플러(OC)는 외부 장치(60)로 정보 내지 신호를 전달하면서도, 배터리 관리 시스템과 외부 장치(60)를 절연시킬 수 있다.
상기 슬레이브 스위치부(30-#1 ~ 30-#N)는, 상기 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N) 마다 구비될 수 있다. 즉, 상기 슬레이브 스위치부(30-#1 ~ 30-#N)는 2 이상이 구비되어, 각각의 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N) 마다 적어도 하나가 구비될 수 있다.
이때, 상기 슬레이브 스위치부(30-#1 ~ 30-#N)는, 각각의 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N) 마다 구비되되, 상기 제1 단자(21) 및 제2 단자(22) 사이에 연결될 수 있다. 상기 슬레이브 스위치부(30-#1 ~ 30-#N)는, 제1 단자(21)로부터 출력되는 가변 전압에 따라 선택적으로 턴 온되거나 턴 오프될 수 있다.
또한, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)은, 서로 순차적으로 연결될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 슬레이브 스위치부(30-#1)는 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)와 연결되고, 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)는 제3 슬레이브 스위치부(30-#3)와 연결될 수 있으며, 제N-1 슬레이브 스위치부(30-#N-1)는, 제N 슬레이브 스위치부(30-#N)와 연결될 수 있다.
그리고, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)은, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N) 중 어느 하나의 슬레이브 스위치부가 턴 온되면 순차적으로 턴 온될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)은, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N) 중 어느 하나의 슬레이브 스위치부가 턴 온되면, 말단 슬레이브 스위치부(30-#N) 방향을 따라 순차적으로 내지 연쇄적으로 턴 온될 수 있다.
여기서, 말단 슬레이브 스위치부는, 슬레이브 스위치부들 중에서 가장 말단에 구비된 슬레이브 스위치부(30-#N)를 의미한다. 즉, 말단 슬레이브 스위치부는, 정보 전달부(50)와 인접한 슬레이브 스위치부(30-#N)를 의미한다. 즉, 도 2의 실시예에서, 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)는, 최고전위 배터리 어셈블리(10-#N)를 관리하는 배터리 관리 디바이스(20-#N)에 구비된 슬레이브 스위치부(30-#N)이다.
이와 같이, 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)은, 외부 장치(60)로 정보를 전달하고자 하는 배터리 관리 디바이스에 구비된 슬레이브 스위치부가 턴 온되면 말단 슬레이브 스위치부(30-#N) 방향을 따라 순차적으로 턴 온되어 정보 전달부(50)로 배터리 관리 디바이스의 정보를 전달할 수 있도록 정보 전달 경로를 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 정보 전달부(50)와 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N) 사이에 연결된 마스터 스위치부(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 마스터 스위치부(40)는, 상기 정보 전달부(50)와 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N) 사이에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 마스터 스위치부(40)는, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N) 중 말단에 구비된 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)와 상기 정보 전달부(50) 사이에 구비되어 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N) 및 상기 정보 전달부(50)와 직접적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 마스터 스위치부(40)는, 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)가 턴 온됨에 따라 턴 온되도록 구성될 수 있다.
따라서, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N) 중 어느 하나의 슬레이브 스위치부가 턴 온되면, 턴 온된 상기 어느 하나의 슬레이브 스위치부로부터 말단 슬레이브 스위치부(30-#N) 방향으로 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)이 순차적으로 턴 온된다. 그 결과, 말단 슬레이브 스위치부(0-#N)도 턴 온되면, 마스터 스위치부(40)도 턴 온되어 정보 전달부(50)가 외부 장치(60)로 정보를 전달할 수 있게 된다.
이하에서는, 이러한 동작을 실현할 수 있는 구체적인 실시예에 대해 설명하도록 한다.
상기 슬레이브 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor: BJT)를 구비할 수 있다. 즉, 슬레이브 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용할 수 있다.
일 예로, 상기 슬레이브 스위치부들은, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)은, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#1 ~ 30N-#N)로 구현될 수 있다.
상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터는(30-#1~30-#N)는 3개의 단자를 구비할 수 있다. 즉, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터는 베이스(B), 이미터(E), 콜렉터(C)의 3개의 단자를 구비할 수 있다. 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터는, 베이스(B)로 전류가 입력되면, 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐를 수 있도록 턴 온된다.
이러한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터는, 각각의 배터리 관리 디바이스(20-#1 ~ 20-#N)에 구비될 수 있다. 이때, 베이스(B)는, 상기 배터리 관리 디바이스의 제2 단자(22)에 연결되고, 이미터(E)는, 상기 배터리 관리 디바이스의 제1 단자(21)에 연결될 수 있다. 그리고, 콜렉터(C)는, 인접한 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 콜렉터(C)는, 인접한 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터(E) 및 상기 인접한 슬레이브 스위치부가 구비된 배터리 관리 디바이스의 제1 단자(21)를 연결하는 선로 상에 형성된 연결 노드(ns)에 연결될 수 있다. 결과적으로 상기 연결 노드(ns)를 통해 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터(C), 인접한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터(E) 및 인접한 슬레이브 스위치부가 구비된 배터리 관리 디바이스의 제1 단자(21)가 서로 연결될 수 있다.
이에 대해서는 다시 도 2를 참조하여 살펴보도록 한다.
먼저 도 2의 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)를 살펴보면, 상기 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)는, 제2 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#2)를 구비하고 있고, 상기 제2 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#2)는 베이스(B), 이미터(E) 및 콜렉터(C)를 구비하고 있다. 상기 베이스(B)는, 제2 배터리 관리 디바이스(20-#2)의 제2 단자에(22) 연결된다. 그리고, 상기 이미터(E)는, 제2 배터리 관리 디바이스(20-#2)의 제1 단자(21)에 연결된다. 그리고, 상기 콜렉터(C)는, 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)와 제3 슬레이브 스위치부(30-#3) 사이의 연결 노드(ns)에 연결된다. 이러한 연결 노드(ns)에는, 상기 콜렉터(C), 인접한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터인 제3 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#3)의 이미터(E) 및 인접한 슬레이브 스위치부인 제3 슬레이브 스위치부(30-#3)가 구비된 제3 배터리 관리 디바이스(20-#3)의 제1 단자(21)가 연결되어 있다.
이러한 방식으로 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)은 서로 연결되어, 어느 하나의 슬레이브 스위치부가 턴 온되면, 나머지 슬레이브 스위치부들이 순차적으로 턴 온된다. 예를 들어, 제2 배터리 관리 디바이스(20-#2)의 제1 단자(21)로부터 출력되는 가변 전압이 제2 단자(22)로부터 출력되는 일정 전압보다 낮은 전압을 출력하는 경우를 상정해 볼 수 있다. 상기 제2 단자(22)의 전압이 상기 제1 단자(21)의 전압보다 높기 때문에 제2 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#2)의 베이스(B)로 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 제2 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#2)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐를 수 있게 된다. 따라서, 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)는 턴 온된다.
한편, 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐르게 되므로, 제3 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#3)의 베이스(B)로 전류가 흐르게 된다. 이로 인해, 제3 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#3)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐를 수 있게 된다. 따라서, 제3 슬레이브 스위치부(30-#3)도 턴 온된다.
이러한 방법으로, 제4 슬레이브 스위치부(30-#4) 내지 제N-1 슬레이브 스위치부(30-#N-1) 및 말단 슬레이브 스위치부인 제N 슬레이브 스위치부(30-#N)가 연쇄적으로 턴 온될 수 있다. 따라서, 제2 배터리 관리 디바이스(20-#2)가 외부 장치(60)로 정보를 전달할 수 있는 정보 전달 경로가 형성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 정보 전달부(50)와 말단 슬레이브 스위치부(30-#N) 사이에 마스터 스위치부(40)가 연결될 수 있다. 이때, 상기 마스터 스위치부(40)는, 상기 말단 스레이브 스위치부(30-#N)가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#N)의 콜렉터(C)에 전류가 흐르면 턴 온되도록 구현될 수 있다.
그리고, 상기 마스터 스위치부(40) 또한 상기 슬레이브 스위치부(30)와 마찬가지로 바이폴라 접합 트랜지스터로 구현될 수 있다. 일 예로, 상기 마스터 스위치부(40)는 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비할 수 있다.
상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터와 연결되어, 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온되면 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스로 전류가 흘러 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터와 콜렉터 사이에 전류가 흐르도록 구현될 수 있다.
보다 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 마스터 스위치부(40)가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)의 이미터(E)는 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)를 구비한 제N 배터리 관리 디바이스(20-#N)의 제2 단자(22)에 연결되고, 상기 마스터 스위치부(40)가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)의 콜렉터(C)는, 정보 전달부(50)의 일단에 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 콜렉터(C)는, 정보 전달부(50)의 입력측(in) 고전위 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 마스터 스위치부(40)가 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)로 구현된 실시예에 대한 동작에 대해 살펴보도록 한다.
예를 들어, 제2 배터리 관리 디바이스(20-#2)가 정보를 전송하고자 하는 경우를 상정해 볼 수 있다. 이 경우, 제2 배터리 관리 디바이스(20-#2)의 제1 단자(21)는 제2 단자(22)가 출력하는 일정 전압보다 낮은 전압을 출력한다. 제2 단자(22)의 전압이 제1 단자(21)의 전압보다 높기 때문에 제2 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#2)의 베이스(B)로 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 제2 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#2)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐를 수 있게 된다. 따라서, 제2 슬레이브 스위치부(30-#2)는 턴 온된다.
한편, 제2 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#2)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐르게 되므로, 제3 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#3)의 베이스(B)로 전류가 흐르게 된다. 이로 인해, 제3 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#3)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐를 수 있게 된다. 따라서, 제3 슬레이브 스위치부(30-#3)도 턴 온된다.
이러한 방법으로, 제4 슬레이브 스위치부(30-#4) 내지 제N-1 슬레이브 스위치부(30-#N-1) 및 말단 슬레이브 스위치부인 제N 슬레이브 스위치부(30-#N)가 연쇄적으로 턴 온될 수 있다. 말단 슬레이브 스위치부인 제N 슬레이브 스위치부(30-#N)가 턴 온되면, 제N NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#N)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐르게 된다. 따라서, 제N NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N-#N)의 콜렉터(C)와 연결된 마스터 스위치부(40)의 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)의 베이스(B)로 전류가 흐르게 된다. 그 결과, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐르게 되고, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)의 콜렉터(C)에 연결된 옵토 커플러(OC)로 전류가 흐를 수 있게 된다.
한편, 도 2 에서, 상기 옵토 커플러의 타단은, 제N-1 배터리 어셈블리(10-#N-1)의 하단에 연결되어 있는데, 본 발명의 옵토 커플러(OC)의 연결 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 이는 마스터 스위치부를 구성하는 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)와 옵토 커플러(OC)의 내압을 고려하여 설정된 것으로 상기 옵터 커플러(OC)의 타단은 이와 다르게 연결될 수도 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 슬레이브 스위치부(30) 및 마스터 스위치부(40)가 턴 온되면, 배터리 관리 디바이스(20)는 자신이 관리하는 배터리 어셈블리(10)에 대한 정보를 옵토 커플러(OC)를 이용하여 외부 장치로(60) 전송할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 디바이스(20)는 자신이 관리하는 배터리 어셈블리(10)에 과충전으로 인한 폭발과 같은 위험 상황이 발생하면 상기 외부 장치(60)로 정보를 전달할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 상기 슬레이브 스위치부(30)와 상기 마스터 스위치부(40)를 구분하기 위해 '마스터' 및 '슬레이브'라는 용어를 사용하였으나, 상기 마스터 스위치부(40)가 상기 슬레이브 스위치부(30)로 제어(명령) 신호를 전달하는 관계를 의미하는 것은 아니다.
바람직하게는, 슬레이브 스위치부(30)에 구비된 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N)의 베이스(B)와 이미터(E) 사이에 커패시터(cap)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 베이스(B)와 이미터(E)를 연결하는 선로 상에 커패시터(cap)가 구비될 수 있다. 이러한 커패시터(cap)는 슬레이브 스위치부(30)에 구비된 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(30N)가 동작함에 있어서, 노이즈로 인한 오동작을 줄여주는 역할을 한다. 즉, 상기 커패시터(cap)는, 전압 버퍼 역할을 하여, 상기 복수의 슬레이브 스위치부(30-#1 ~ 30-#N) 및 마스터 스위치부(40)의 턴 온 및 턴 오프 동작이 안정적으로 이루어 질 수 있도록 한다.
또한 바람직하게는, 연결 노드(ns)와 제1 단자(21)를 연결하는 선로 상에는 다이오드(D)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 다이오드(D)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연결 노드(ns)에서 상기 제1 단자(21) 방향으로 전류를 흐르게 하는 방향으로 구비될 수 있다. 이러한 다이오드(D)는, 제1 단자(21)로 전류가 흘러들어가는 것을 방지하여 배터리 관리 디바이스(20)가 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다. 예를 들어, 고전위단의 제1 단자로부터 저전위단의 제1 단자로 전류가 흘러들어가 배터리 관리 디바이스(20)가 손상될 수 있는데, 상기 다이오드(D)는 이러한 전류의 흐름을 막을 수 있다.
또한, 상기 마스터 스위치부(40)도, 동작 안정화를 위해 커패시터(cap)를 구비할 수 있으며, 소자의 손상을 방지하기 위해 다이오드(D)를 구비할 수 있다(도 2 참조).
이 밖에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 과전류 방지를 위해 보호저항(R)을 더 포함할 수 있다.
이상으로, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터로 구성된 슬레이브 스위치부에 대한 설명을 마치고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 대해 설명하도록 한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에는, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있으므로 반복되는 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터로 구성된 슬레이브 스위치부를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 슬레이브 스위치부(30)의 턴 온 순서가 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템과 반대이다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고전위단의 슬레이브 스위치부(30-#1)가 먼저 턴 온되고 저전위단 방향으로 순차적으로 슬레이브 스위치부가 턴 온된다.
상기 슬레이브 스위치부(30)는, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(30P)를 구비한다. 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(30P)의 베이스(B)는, 배터리 관리 디바이스(20)의 제1 단자(21)에 연결된다. 그리고, 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(30P)의 이미터(E)는 상기 배터리 관리 디바이스(20)의 제2 단자(22)에 연결된다. 그리고, 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(30P)의 콜렉터(C)는, 순차적으로 연결된 인접한 슬레이브 스위치부(30)가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(30P)의 이미터(E) 및 상기 인접한 슬레이브 스위치부(30)가 구비된 배터리 관리 디바이스(20)의 제2 단자(22)를 연결하는 선로 상에 형성된 연결 노드(ns)에 연결된다.
그리고, 상기 연결 노드(ns)와 상기 제2 단자(22)를 연결하는 선로 상에는, 다이오드(D)가 연결되어 있다. 여기서, 상기 다이오드(D)는, 상기 제2 단자(22)에서 상기 연결 노드(ns) 방향으로 전류를 흐르게 하는 형태로 구비된다.
한편, 도 3에는 도시되지 않았으나, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(30P)의 베이스(B)와 이미터(E)를 연결하는 선로 상에는 커패시터가 구비될 수도 있다.
상기 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N) 중 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)는, 상기 배터리 어셈블리들(10-#1 ~ 10-#N) 중 최저전위를 갖는 배터리 어셈블리(10-#N)를 관리하는 배터리 관리 디바이스(20-#N)에 구비되어 있다. 그리고, 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)는 마스터 스위치부(40)와 연결되어, 상기 마스터 스위치부(40)는 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)가 턴 온됨에 따라 턴 온되도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 경우, 상기 마스터 스위치부(40)는, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)를 구비한다. 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)의 베이스(B)는, 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(30P-#N)의 콜렉터(C)와 연결된다. 그리고, 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)의 이미터(E)는 상기 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)를 구비한 상기 배터리 관리 디바이스(20-#N)의 제2 단자(22)와 연결된다. 그리고, 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)의 콜렉터(C)는 옵토 커플러(OC)로 구현된 정보 전달부(50)의 일단과 제1 배터리 관리 디바이스의 하단(저전위단)에 연결된다.
이때, 옵토 커플러(OC)와 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)의 콜렉터(C)는 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)를 매개로 연결된다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 마스터 스위치부(40)는, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)와 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)의 조합으로 구성된다. 상기 마스터 스위치부(40)를 구성하는 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)의 베이스(B)는 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)의 콜렉터(C)와 연결되어 있다. 따라서, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)가 턴 온되어 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)의 이미터(E)와 콜렉터(C) 사이에 전류가 흐르면 상기 마스터 스위치부(40)를 구성하는 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)의 베이스(B)로 전류가 흘러 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)가 턴 온된다. 이러한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)가 턴 온됨으로써 옵토 커플러(OC)의 입력단(in)에 전류가 흐르게 된다. 도 3에서 옵토 커플러의 일단은 제1 배터리 관리 디바이스의 제2 단자에 연결되고 타단은 마스터 스위치부(40)를 구성하는 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P) 이미터(E)에 연결된다.
이러한 실시예에 따르면, 정보를 전달하고자 하는 배터리 관리 디바이스가 제1 단자(21)로 낮은 전압을 출력하면, 정보를 전달하고자 하는 상기 배터리 관리 디바이스(20)에 연결된 슬레이브 스위치부(30)가 턴 온되고, 낮은 전압을 갖는 배터리 관리 디바이스에 연결된 슬레이브 스위치부 방향으로 슬레이브 스위치부들(30-#1 ~ 30-#N)이 순차적으로 턴 온된다. 그 결과, 배터리 어셈블리들(10-#1 ~ 10-#N) 중 최저전위를 갖는 배터리 어셈블리(10-#N)를 관리하는 배터리 관리 디바이스(20-#N)에 구비된 말단 슬레이브 스위치부(30-#N)가 턴 온되고, 마스터 스위치부(40)가 턴 온된다. 구체적으로, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(40N)가 턴 온된 이후, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터(40P)가 턴 온됨으로써, 옵토 커플러(OC)를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 관리 시스템 및 상호간에 전기적으로 연결된 2 이상의 배터리 어셈블리를 포함하는 배터리 팩의 일 구성 요소가 될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 팩과 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 배터리 구동 시스템의 일 예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일 예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.
본 발명에 따르면, 적은 수의 옵토 커플러를 사용하여 배터리 관리 시스템과 외부 장치를 전기적으로 절연 시킬 수 있다. 따라서, 배터리 관리 시스템의 제조 비용을 낮출 수 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
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.
P : 배터리 팩
10 : 배터리 어셈블리
11 : 이차전지 셀
20 : 배터리 관리 디바이스
21 : 제1 단자
22 : 제2 단자
30 : 슬레이브 스위치부
40 : 마스터 스위치부
50 : 정보 전달부
OC : 옵토 커플러
60 : 외부 장치
ns : 연결 노드
cap : 커패시터
D : 다이오드
R : 보호저항

Claims (26)

  1. 2 이상의 배터리 어셈블리가 순차적으로 연결된 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서,
    가변 전압을 출력하는 제1 단자 및 일정 전압을 출력하는 제2 단자를 구비하고, 상기 배터리 어셈블리마다 구비된 2 이상의 배터리 관리 디바이스;
    상기 배터리 관리 디바이스 마다 구비되되 상기 제1 단자 및 제2 단자 사이에 연결되어 상기 제1 단자로부터 출력되는 가변 전압에 따라 선택적으로 턴 온되거나 턴 오프되며, 서로 순차적으로 연결된 2 이상의 슬레이브 스위치부; 및
    상기 배터리 관리 디바이스의 정보를 외부 장치로 전달하는 정보 전달부;를 포함하고,
    상기 슬레이브 스위치부들은, 상기 슬레이브 스위치부들 중 외부 장치로 정보를 전달하고자 하는 배터리 관리 디바이스에 구비된 슬레이브 스위치부가 턴 온되면 상기 슬레이브 스위치부들 중 말단에 구비된 말단 슬레이브 스위치부 방향을 따라 순차적으로 턴 온되어 상기 정보 전달부가 상기 외부 장치로 정보를 전달할 수 있도록 정보 전달 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬레이브 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터는, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터이고,
    상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제2 단자에 연결되고,
    상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제1 단자에 연결되며,
    상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 순차적으로 연결된 인접한 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터 및 상기 인접한 슬레이브 스위치부가 구비된 배터리 관리 디바이스의 제1 단자를 연결하는 선로 상에 형성된 연결 노드에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 정보 전달부와 상기 말단 슬레이브 스위치부 사이에 연결되고, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온됨에 따라 턴 온되는 마스터 스위치부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 마스터 스위치부와 연결되고,
    상기 마스터 스위치부는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온되어 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터에 전류가 흐르면 턴 온되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부는, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비하고,
    상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부가 구비한 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 말단 슬레이브 스위치부를 구비한 상기 배터리 관리 디바이스의 제2 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부가 구비한 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 정보 전달부의 일단에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스와 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터를 연결하는 선로 상에는, 커패시터가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결 노드와 상기 제1 단자를 연결하는 선로 상에는, 상기 연결 노드에서 상기 제1 단자 방향으로 전류를 흐르게 하는 다이오드가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 말단 슬레이브 스위치부는, 상기 배터리 어셈블리들 중 최고전위를 갖는 배터리 어셈블리를 관리하는 배터리 관리 디바이스에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터는, PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터이고,
    상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제1 단자에 연결되고,
    상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 배터리 관리 디바이스의 상기 제2 단자에 연결되며,
    상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 순차적으로 연결된 인접한 슬레이브 스위치부가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터 및 상기 인접한 슬레이브 스위치부가 구비된 배터리 관리 디바이스의 제2 단자를 연결하는 선로 상에 형성된 연결 노드에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 정보 전달부와 상기 말단 슬레이브 스위치부 사이에 연결되고, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온됨에 따라 턴 온되는 마스터 스위치부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 마스터 스위치부와 연결되고, 상기 마스터 스위치부는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 턴 온되어 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터에 전류가 흐르면 턴 온되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부는, 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부는, NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터를 구비하고,
    상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는, 상기 말단 슬레이브 스위치부가 구비한 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부가 구비한 상기 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터는, 상기 말단 슬레이브 스위치부를 구비한 상기 배터리 관리 디바이스의 제2 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 마스터 스위치부가 구비한 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는, 상기 정보 전달부의 일단에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스와 상기 PNP형 바이폴라 접합 트랜지스터의 이미터를 연결하는 선로 상에는, 커패시터가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 연결 노드와 상기 제2 단자를 연결하는 선로 상에는, 상기 제2 단자에서 상기 연결 노드 방향으로 전류를 흐르게 하는 다이오드가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 말단 슬레이브 스위치부는, 상기 배터리 어셈블리들 중 최저전위를 갖는 배터리 어셈블리를 관리하는 배터리 관리 디바이스에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬레이브 스위치부는, 상기 제1 단자가 출력하는 가변 전압이 상기 제2 단자가 출력하는 일정 전압보다 낮은 전압을 출력하면 턴 온되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 전달부는, 상기 외부 장치로 정보를 전달하되 상기 정보 전달부와 상기 외부 장치를 절연시키는 옵토 커플러인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩.
  26. 제 25 항에 따른 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템.
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