KR20150050227A - 배터리 팩 관리 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 팩 관리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 충전 스위치 및 방전 스위치가 비정상적으로 동작하는 것을 감지하고, 비정상적인 상황으로부터 배터리 팩을 보호하는 배터리 팩 관리 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 팩에 구비된 배터리 셀을 충전시키기 위해 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 스위칭하는 충전 스위칭부; 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하는 방전 스위칭부; 및 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수를 측정하고, 상기 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 상기 배터리 팩의 이상 여부를 감지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 관리 장치 및 방법{Apparatus and method for managing battery pack}
본 발명은 배터리 팩을 관리하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 충방전 스위치의 스위칭 빈도를 측정하여 배터리 팩의 상태를 판단하고 배터리 팩의 충방전을 제어하는 배터리 팩 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 최근 배터리와 관련하여 사회적으로 가장 큰 이슈가 되고 있는 것이 배터리의 안전성 문제이다. 노트북이나 휴대폰과 같은 전자제품에 대한 사용 인구가 급격히 증가하고 있고, 배터리의 폭발은 휴대용 전자제품의 파손을 가져올 뿐만 아니라 화재로 연결될 수 있다는 점에서 배터리의 안전성 확보가 시급하다. 특히, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 중대형 배터리는 직병렬로 연결된 다수의 단위 전지셀로 구성되어, 전압이나 출력이 매우 높다는 점에서 배터리의 안전성 확보는 더욱 중요하다. 따라서, 배터리의 이상 상태 여부를 감지하고, 배터리가 이상 상태인 경우 배터리를 제어하여 배터리의 안전성을 확보하는 다양한 장치들이 배터리에 사용되고 있다.
이러한 배터리는 단일의 배터리로 사용되기 보다는 배터리 팩의 형태로 사용되는 것이 일반적이다. 즉, 배터리 팩은 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어진 셀 집합체와 이러한 배터리 셀 및 배터리 팩의 전반적인 상태를 관리하는 배터리 팩 관리 장치를 포함하고 있다.
특히, 배터리 팩은 배터리 팩의 충방전 경로 상에 충전 스위치 및 방전 스위치를 구비하고 있으며, 이러한 충전 스위치 및 방전 스위치는 BMU(Battery Management Unit) 등과 같은 제어 수단에 의해 제어된다. 즉, 제어 수단은, 배터리 팩이 충방전을 수행하는 경우 충전 스위치 및 방전 스위치를 턴 온 시키고, 배터리 팩이 충방전을 수행하지 않는 경우 충전 스위치 및 방전 스위치를 턴 오프 시켜 배터리 팩이 정상적으로 충방전을 수행할 수 있도록 한다.
그러나, 다양한 원인으로 인해 충전 스위치 및/또는 방전 스위치가 비정상적으로 턴 온과 턴 오프를 반복하는 경우가 있다. 즉, 충전 스위치 및/또는 방전 스위치가 제어 수단의 제어 명령에 따라 턴 온 되거나 턴 오프 되는 것이 아니라 제어 수단의 제어 명령과 무관하게 반복적으로 턴 온과 턴 오프를 반복하는 경우가 있다.
예를 들어, 교정(calibration) 작업이 제대로 이루어지지 않았거나, AFE(Analog Front-End)의 고장 등으로 인해 배터리 팩의 전압이 떨어진 경우나, 전기적인 접촉이 불안정한 경우 등의 원인으로 펌웨어에서 참조하는 기준 값이 빠르게 변경되면 충전 스위치 및/또는 방전 스위치가 비정상적으로 턴 온과 턴 오프를 반복하는 경우가 발생할 수 있다.
이로 인해, 배터리 팩이 충방전을 수행하는 도중에 스위치가 턴 오프되어 전류가 흐르지 않게 되거나, 배터리 팩이 충방전을 수행하지 않고 있는데 갑자기 스위치가 턴 온 되어 전류가 흐르게 되는 경우가 발생할 수 있어, 배터리 팩의 충방전 제어가 곤란한 문제가 발생할 수 있다. 특히, 후자의 경우에는 전류가 흘러서는 안되는 상황, 예를 들어, 배터리 팩 내부에 단락(short)이 발생한 상황에서 전류가 흐르게 되어 발열이나 폭발 등이 발생할 우려가 있다. 특히, 하이브리드 차량이나 전기 차량 등과 같이 고전압 배터리가 사용되는 경우에는, 발열이나 폭발 등으로 인해 큰 피해가 발생할 수 있다는 점에서 문제는 더욱 심각하다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 충전 스위치 및 방전 스위치가 비정상적으로 동작하는 것을 감지하고, 비정상적인 상황으로부터 배터리 팩을 보호하는 배터리 팩 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 팩에 구비된 배터리 셀을 충전시키기 위해 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 스위칭하는 충전 스위칭부; 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하는 방전 스위칭부; 및 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수를 측정하고, 상기 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 상기 배터리 팩의 이상 여부를 감지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 이상 여부를 감지하여 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 기준 시간 동안 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 경우, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 상기 기준 시간 동안 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 스위칭 변화 횟수를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부는, FET를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부는, MOSFET를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 사용자에게 상기 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 퓨즈를 융단시키는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩 관리 방법은, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 팩에 구비된 배터리 셀을 충전시키기 위해 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 스위칭하는 충전 스위칭부 및 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하는 방전 스위칭부를 포함하는 배터리 팩을 관리하는 방법으로서, 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수를 측정하는 단계; 및 상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수를 이용하여 상기 배터리 팩의 이상 여부를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 감지 단계에서 감지된 배터리 팩의 이상 여부를 통해 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 상기 감지 단계는, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 상기 제어 단계는, 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 기준 시간 동안 상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 경우, 상기 감지 단계는, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 상기 제어 단계는, 상기 기준 시간 동안 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 감지 단계에서 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 상기 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 사용자에게 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 감지 단계에서 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 퓨즈를 융단시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 충전 스위칭부 및/또는 방전 스위칭부의 스위칭 변화 횟수를 측정하고, 이를 통해 배터리 팩의 상태 이상 여부를 쉽게 파악할 수 있다.
특히, 배터리 팩이 이상 상태인 경우에는 충전 스위칭부 및/또는 방전 스위칭부를 턴 오프시킴으로써 충전 스위칭부 및/또는 방전 스위칭부의 오동작으로 인한 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
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 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치가 배터리 팩에 연결된 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치가 배터리 팩에 연결된 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
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.
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.
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.
도 1은, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치가 배터리 팩에 연결된 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 충전 스위칭부(100), 방전 스위칭부(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
상기 충전 스위칭부(100)는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 충전 전류를 스위칭한다. 즉, 충전 스위칭부(100)는, 배터리 팩의 입출력 단자(Pack+, Pack-)에 외부 충전 장치 등이 연결된 경우, 배터리 팩에 구비된 배터리 셀(B)을 충전시키기 위해 배터리 셀(B)로 충전 전류가 공급될 수 있도록 한다.
상기 방전 스위칭부(200)는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 방전 전류를 스위칭한다. 즉, 방전 스위칭부(200)는, 배터리 팩의 입출력 단자(Pack+, Pack-)에 외부 전자기기 등이 연결된 경우, 배터리 팩에 구비된 배터리 셀(B)로부터 외부 전자기기 등에 방전 전류가 공급될 수 있도록 한다.
바람직하게는 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200)는, FET(Field Effect Transistor)로 구현될 수 있고, 더욱 바람직하게는, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200)는, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구현될 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200)의 구체적인 형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200)는 다양한 스위칭 소자들에 의해 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 제어부(300)는, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 적어도 하나의 스위칭부의 스위칭 변화 횟수를 측정할 수 있다. 여기서, 스위칭 변화 횟수란, 스위칭부가 턴 온되거나 턴 오프되는 횟수로 정의될 수 있다. 예를 들어, 충전 스위칭부(100)가 턴 온된 상태에서 턴 오프 된 후 다시 턴 온 된 경우 스위칭 변화 횟수는 턴 오프 1회와 턴 온 1회를 더한 것으로 총 2회가 된다. 이와 달리, 스위칭 변화 횟수는 스위칭부가 본래의 상태로 돌아온 횟수로 정의될 수도 있다. 예를 들어, 충전 스위칭부(100)가 턴 온된 상태에서 턴 오프 된 후 다시 턴 온 된 경우, 턴 온 상태에서 다시 턴 온 상태로 돌아온 횟수가 1회이므로 스위칭 변화 횟수는 1회가 된다.
즉, 본 발명에서의 스위칭 변화 횟수는, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)가 얼마나 빈번하게 스위칭 동작을 반복했음을 확인하는 척도로 사용되는 것으로서, 상술한 정의는 일 예에 불과하며, 본 발명의 스위칭 변화 횟수는 이러한 정의에 제한되지 않는다.
또한, 상기 제어부(300)는, 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 배터리 팩의 상태 이상 여부를 감지할 수 있다.
일 예로, 상기 제어부(300)는, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 배터리 팩의 상태가 이상 상태인 것으로 감지할 수 있다. 여기서, 기준 횟수는 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)가 정상적으로 동작하는 경우의 스위칭 변화 횟수보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
한편, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수가 미리 정해진 기준 횟수 이상이라는 것은, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)가 빈번하게 스위칭 동작을 반복했다는 것을 의미한다. 따라서, 제어부(300)는, 배터리 팩 내부의 전기적 연결 상태가 불안정하다거나, 교정(calibration) 작업이 제대로 이루어지지 않았다는 등의 문제가 있는 상태, 즉 배터리 팩의 이상 상태를 감지할 수 있다.
다른 예로, 상기 제어부(300)는, 기준 시간 동안 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 배터리 팩의 상태가 이상 상태인 것으로 감지할 수 있다. 여기서, 기준 횟수는, 미리 정해진 기준 시간 동안 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)가 정상적으로 동작하는 경우의 스위칭 변화 횟수보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 충전 스위칭부(100)가 정상적으로 동작하는 경우 1분 동안 충전 스위칭부(100)가 1회 스위칭 변화를 수행한다고 가정할 때, 기준 시간을 1분이라고 하면, 기준 횟수는 1회보다 충분히 큰 값, 예를 들어, 20회로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 1분 동안 충전 스위칭부(100)가 20회 이상 스위칭 변화를 일으키면 제어부(300)는 배터리 팩의 상태가 이상 상태인 것을 감지할 수 있다.
한편, 여기서 충전 스위칭부(100)에 대한 예를 들어 설명하였으나 방전 스위칭부(200)도 동일한 예시가 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 제어부(300)는, 배터리 팩의 상태 이상 여부를 감지하여 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 적어도 하나의 스위칭부의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(300)는, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 턴 오프시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 제어부(300)는, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 제어부(300)는, 배터리 팩의 상태 이상 여부를 감지한 경우, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시킴으로써 배터리 팩의 충방전 경로 상에 전류가 흐르지 않도록 한다. 따라서, 충전 스위칭부 및/또는 방전 스위칭부의 오동작으로 인한 문제가 발생하지 않게 된다.
다른 예로, 제어부(300)는, 기준 시간 동안 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 턴 오프시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 제어부(300)는, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시킬 수 있다.
한편, 바람직하게는, 상기 제어부(300)는, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수를 측정하고, 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 배터리 팩의 이상 여부를 감지한 결과, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 배터리 팩의 사용자에게 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다.
일 예로, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는 디스플레이 수단이나 사이렌 등을 구비한 경고부를 더 포함하여, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 배터리 팩의 사용자에게 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 이러한 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 제공받은 후 배터리 팩의 이상 유무를 확인할 수 있고, 배터리 팩에 이상이 발생한 것이 확인되면, 사용자는 배터리 팩을 수리하거나 교체할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치가 배터리 팩에 연결된 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치는 MOSFET으로 구현된 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200)를 포함하고 있고, 저장부(400)를 더 포함하고 있다. 또한, 이러한 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 충방전 경로 상에는 센스 저항(S)과 퓨즈(F)가 더 포함되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 저장부(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 저장부(400)는 제어부(300)가 측정한 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수를 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 상기 저장부(400)는, 스위칭 변화 횟수 뿐만 아니라 기준 횟수, 기준 시간을 더 저장할 수도 있다.
한편, 도 3에 도시된 센스 저항(S)과 퓨즈(F)는 본래 배터리 팩의 충방전 경로 상에 과전류 등이 발생한 경우 배터리 팩을 보호하는 기능을 수행한다. 즉, 제어부(300)는 센스 저항(S)을 이용하여 충방전 전류의 크기를 측정하고 과전류가 감지되면 퓨즈(F)를 비가역적으로 단선시켜 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
그런데, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 상술한 바와 같이 과전류 등이 발생한 경우 뿐만 아니라 스위칭 변화가 빈번하게 발생한 경우에도 퓨즈를 단선시켜 전류의 흐름을 차단할 수도 있다. 즉, 상기 제어부(300)가 배터리 팩의 이상 상태를 감지할 경우 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 퓨즈(F)를 융단시켜 충방전 경로상에 전류가 흐르지 않도록 할 수 있다. 다시 말해, 상기 제어부(300)는, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수를 측정하고, 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 배터리 팩의 이상 여부를 감지한 경우, 퓨즈(F)를 융단시켜 충방전 경로 상의 전류의 흐름을 차단함으로써, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시키는 것과 마찬가지의 효과를 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함한다. 즉, 상기 배터리 팩은, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 충전 스위칭부(100), 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 방전 스위칭부(200) 및 이러한 스위칭부의 스위칭 변화 횟수를 측정하고, 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 배터리 팩의 이상 여부를 감지하는 제어부(300)를 포함하는 배터리 팩 관리 장치를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 팩은 도 3에 도시된 바와 같이 센스 저항(S) 및 퓨즈(F) 등을 포함할 수 있으며, 이외의 구성요소를 더 포함할 수도 있음은 물론이다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 방법을 설명하도록 한다. 도 4 및 도 5에서, 각 단계의 주체는 상술한 배터리 팩 관리 장치의 각 구성요소일 수 있다.
도 4는, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 방법은, 상술한 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200)를 포함하는 배터리 팩을 관리하는 방법으로서, 먼저, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수를 측정한다(S110). 바람직하게는, 이러한 측정 단계(S110)에서 측정한 스위칭 변화 횟수를 저장부(400)에 저장할 수도 있다. 이어서, 측정 단계(S110)에서 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 배터리 팩의 이상 여부를 감지한다(S120).
바람직하게는, 감지 단계(S120)에서 감지된 배터리 팩의 이상 여부를 통해 충전 스위칭부(100) 및 상기 방전 스위칭부(200) 중 적어도 하나의 스위칭 동작을 제어하는 단계(S130)가 더 포함될 수 있다. 이때, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지된 경우, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시킬 수 있으며, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 퓨즈(F)를 융단시켜 배터리 팩의 충방전 경로 상의 전류의 흐름을 차단할 수도 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 방법은, 먼저, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)의 스위칭 변화 횟수를 측정한다(S210). 이어서, 배터리 팩의 이상 여부를 감지하기 위해, 측정 단계(S210)에서 측정한 스위칭 변화 횟수와 기준 횟수를 비교한다(S220). 만약, 측정 단계(S210)에서 측정한 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시킨다(S230). 바람직하게는, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것이 좋다.
또한 바람직하게는, 배터리 팩의 상태가 이상 상태인 것으로 감지된 경우, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시키고(S230), 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다(S240). 한편, 도 5에서는 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시키는 단계(S230) 이후 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 사용자에게 제공하는 단계(S240)가 수행되는 것으로 도시되어 있으나, 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 사용자에게 제공하는 단계(S240)가 수행된 이후 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시키는 단계(S230)가 수행될 수도 있으며 양 단계가 동시에 수행될 수도 있음은 ㅁ물론이다.
한편, 도 5에 도시된 실시예와 달리, 배터리 팩의 이상 여부를 감지하기 위한 방법으로, 기준 시간 동안의 스위칭 변화 횟수와 기준 횟수를 비교할 수도 있다. 기준 시간 동안의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 배터리 팩의 상태가 이상 상태이므로, 충전 스위칭부(100) 및/또는 방전 스위칭부(200)를 오프시킬 수 있다. 바람직하게는, 충전 스위칭부(100) 및 방전 스위칭부(200) 중 기준 시간 동안의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것이 좋다.
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.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 '제어부', '스위칭부' 등과 같이 '부'라는 용어를 사용하였으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있는 구성요소를 나타내는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
B: 배터리 셀
100: 충전 스위칭부
200: 방전 스위칭부
300: 제어부
400: 저장부
S: 센스 저항
F: 퓨즈

Claims (17)

  1. 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 팩에 구비된 배터리 셀을 충전시키기 위해 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 스위칭하는 충전 스위칭부;
    상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하는 방전 스위칭부; 및
    상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수를 측정하고, 상기 측정한 스위칭 변화 횟수를 이용하여 상기 배터리 팩의 이상 여부를 감지하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 이상 여부를 감지하여 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 기준 시간 동안 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고, 상기 기준 시간 동안 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 변화 횟수를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부는, FET를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부는, MOSFET를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 사용자에게 상기 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 퓨즈를 융단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  11. 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 팩에 구비된 배터리 셀을 충전시키기 위해 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 스위칭하는 충전 스위칭부 및 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하는 방전 스위칭부를 포함하는 배터리 팩을 관리하는 방법에 있어서,
    상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 변화 횟수를 측정하는 단계; 및
    상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수를 이용하여 상기 배터리 팩의 이상 여부를 감지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 감지 단계에서 감지된 배터리 팩의 이상 여부를 통해 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부 중 적어도 하나의 스위칭 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수가 기준 횟수 이상인 경우,
    상기 감지 단계는, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고,
    상기 제어 단계는, 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    기준 시간 동안 상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 경우,
    상기 감지 단계는, 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지하고,
    상기 제어 단계는, 상기 기준 시간 동안 상기 스위칭 변화 횟수가 상기 기준 횟수 이상인 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정 단계에서 측정한 상기 스위칭 변화 횟수를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 감지 단계에서 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 상기 배터리 팩의 이상 상태에 관한 정보를 사용자에게 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 감지 단계에서 상기 배터리 팩이 이상 상태인 것으로 감지되면 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 퓨즈를 융단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.
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