KR20160014508A

KR20160014508A - 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160014508A
Application number: KR1020150010758A
Authority: KR
Inventors: 성기용; 장택순; 박순규; 김용민
Original assignee: 대한민국(육군참모총장); 주식회사 타보스
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-02-11
Also published as: KR101640450B1

Abstract

본 발명은 이차전지셀이 이차전지셀보호회로장치에 연결되어 과충전감지 및 충전차단, 과방전 감지 및 출력차단, 과전류 및 합선 감지 및 출력차단, 합선감지 및 출력차단 및 자동 복귀 기능을 수행하며 또한 상기 이차전지셀보호회로장치에 연결된 이차전지잔량측정회로장치가 통계적 방법에 의한 배터리 잔량을 예측하는 장치 및 방법이다. 이에 따라 이차전지잔량측정회로장치가 계속 대기전력을 소모하여 이차전지가 완전히 방전되는 것을 방지하기 위한 회로장치를 포함한다.
본 발명은 상기 이차전지잔량측정회로장치와 통신선으로 연결된 종합입출력제어및모니터링장치를 포함하여 배터리 잔량 및 충전전력 및 방전전력을 계산하여 충전완료 잔여시간 예측 및 방전완료 잔여시간을 표시하는 장치 및 방법이다. 또한 상기 종합입출력제어및모니터링장치와 상기 이차전지잔량측정회로장치와의 통신에러 및 통신노이즈를 없애기 위한 입출력 관련 장치를 포함하며 데이터 유효성을 판단하는 장치 및 방법이다.
또한 저온에서 이차전지셀을 보온하는 목적의 발열체를 이차전지셀패키지에 감싸고 고온의 환경에서는 이차전지에서 발생한 열이 발열체를 통과하여 외부로 방출이 가능하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
또한 LED조명을 부하에 부착할 때에 스위치 입력상태를 파악하여 점등, 조도조절 및 소등을 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling the input output and temperature of rechargeable battery packs}

본 발명은 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치 및 방법으로, 보다 자세하게는 과충전감지 및 충전차단, 과방전 감지 및 출력차단, 과전류 및 합선 감지 및 출력차단, 합선감지 및 출력차단 및 자동 복귀 기능을 수행하고 이차전지셀보호회로장치에 연결된 이차전지잔량측정회로장치가 통계적 방법에 의한 배터리 잔량을 예측하며, 이차전지잔량측정회로장치가 계속 대기전력을 소모하여 이차전지가 완전히 방전되는 것을 방지하기 위한 회로장치를 포함하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치 및 방법에 관한 발명이다.

이차전지에 충전을 하거나 방전을 할 때 배터리 상태를 배터리 잔량이 몇 퍼센트 남았는지 표시하는 것이 일반적이었다. 그러나 배터리를 사용하는 사람 입장에서는 현재 배터리에 걸려 있는 부하 출력이 몇 와트(Watt)이고 또한 이 상태로 사용이 된다면 앞으로 몇 시간 후면 이차전지가 소진될 것인가 하는 정보가 필요해 왔다. 또한 충전 시에도 배터리에 물린 충전기로 앞으로 몇 시간 후면 충전이 완료되는지를 모니터링장치에 표시해 주는 것이 필요하였다.

또 이차전지셀에 연결되어 과충전, 과방전, 과전류를 감지하고 제어하는 회로인 이차전지셀보호회로장치(PCM, Protection Circuit Management)와 배터리 잔량을 측정하는 이차전지잔량측정회로장치(BMS, Battery Management System)는 같이 조합을 이루어 회로로 구성된다. 그런데 이차전지셀에 연결된 배터리 합선감지 및 자동차단 기능을 포함하는 이차전지셀보호회로장치와 이차전지셀잔량측정회로장치가 조합되어 회로를 구성하는 경우 여기에 연결된 이차전지셀이 부하를 걸지 않고 장시간 방치된 상황에서도 지속적으로 미세전력을 소모하여 일정시간 지나면 배터리가 완전히 방전되며, 이차전지셀잔량측정회로장치의 대기 전력 소모를 막기 위해 다른 방법으로 회로를 구성할 경우 합선감지 관련 회로가 소손되는 문제가 발생해 왔다.

또한 상기 이차전지셀에 연결된 이차전지셀보호회로장치가 과충전, 과방전 및 과전류 차단 기능이 있으나 이 기능이 고장 날 경우가 있었다.

또한 상기 이차전지잔량측정회로장치는 종합입출력제어및모니터링장치와 통신선으로 연결되어 배터리잔량정보를 넘겨주게 되는데 이 때 통신선에 인접한 전력선과의 노이즈 간섭, 부하 측으로부터 들어오는 전기적 쇼크나 노이즈로부터 통신에러가 발생하는 경우가 있었다.

또한 이차전지는 사용 환경이 저온일 경우 이차전지의 온도가 떨어져서 이차전지의 성능이 원활하게 나오지 않는 문제점이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 히터를 장착하게 되는데 일반적인 방법은 이차전지를 케이스에 넣고 그 틈새에 단열재를 넣고 히터를 장착하는 방법이 제시된다. 그러나 이렇게 할 경우 이차전지셀의 온도가 높을 경우에는 열 방출이 어렵게 되어 오히려 과열로 인하여 위험하게 된다.

또 이차전지가 연결되어 있고 상기 이차전지에 마이컴을 이용하여 조도조절이 가능한 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)조명 장치를 장착하여 제어할 때, 배터리 전압을 인가할 때 마이크로프로세서의 기준 전압이 인가되면서 초기화 동작을 하는데 이 때 입력부 및 출력부 역시 초기화 하는 과정을 거치기 때문에 배터리 스위치가 켜지면서 전원이 들어갈 때 발광다이오드조명이 들어왔다 나가는 문제가 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이차전지에 충전을 하거나 방전을 할 때 방전하는 전력량을 계산하여 앞으로 몇 시간 후면 이차전지가 소진되며 또한 충전 시에는 앞으로 몇 시간 후면 이차전지가 충전이 완료되는지를 모니터링장치에 표시해 주는 장치와 방법을 제공하고자 한다. 배터리를 사용하는 입장에서 지금 사용전력이 얼마이고 이렇게 사용하면 몇 시간이나 더 사용할 수 있는지를 아는 것은 중요하다. 또한 충전기는 충전기 용량에 따라 여러 종류가 사용될 수 있는데 마찬가지로 충전기 용량에 관계없이 충전되는 전력을 계산하여 앞으로 몇 시간 후면 충전이 완료될지 보여주는 예측시스템은 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이차전지셀에 연결되어 배터리 합선감지 및 자동차단 기능을 포함하는 이차전지셀보호회로장치 및 이차전지잔량측정회로장치로 구성된 시스템에 있어서 상기 이차전지셀잔량측정회로장치가 배터리를 장기간 사용되지 않고 있더라도 특정한 회로 장치를 추가하여 배터리가 완전방전상태가 되지 않도록 하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 또한 상기 기술한 이차전지셀잔량측정회로장치의 대기전력소모를 막는 동시에 배터리 합선이 되었을 때 이를 감지하여 배터리 출력을 차단하고 합선이 해제되었을 때에 다시 자동 복귀하는 복합적인 기능을 구현하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 이차전지셀에 연결된 과충전, 과방전 및 과전류 차단 기능을 가진 이차전지셀보호회로장치가 고장난 경우에도 종합입출력제어및모니터링장치를 통하여 이차적으로 과충전, 과방전 및 과전류 차단기능 및 배터리 온도측정을 통해 배터리 입출력을 제어하여 보다 안전한 장치와 방법을 제공하고자 한다. 또한 상기 이차전지잔량측정회로장치는 종합입출력제어및모니터링장치와 통신선으로 연결되어 배터리잔량정보를 넘겨주게 되는데 이 때 통신선에 인접한 전력선과의 노이즈 간섭, 부하측으로부터 들어오는 전기적 쇼크나 노이즈로부터 통신에러가 발생하는 문제점을 개선하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 저온 환경에서 문제 없는 보온제어장치를 구비함과 동시에, 이차전지에서 발생한 열이 상기 이차전지를 감싸고 있는 보온제어장치를 원활하게 통과하게 하는 구조를 만들어 고온 환경에서 이차전지셀에서 발생한 열이 원활히 빠지도록 하여 고온 환경에서도 안전하게 이차전지의 성능을 유지시켜 주는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 마이크로프로세서가 내장된 종합입출력제어및모니터링장치에 연결된 조도조절이 가능한 발광다이오드조명 장치를 구성하고 제어하며, 순간 점등 현상을 해결하며 동시에 스위치의 작동 패턴에 맞추어 발광다이오드조명을 켜고, 끄고, 조도조절을 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이차전지셀, 상기 이차전지셀에 연결되어 과충전을 감지하고 과충전 시 충전을 차단하는 기능, 과방전이나 과전류를 감지하고 과방전이나 과전류 시 출력을 차단하는 기능 및 합선을 감지하고 합선 시 출력을 차단하고 자동으로 복구하는 기능을 가지는 이차전지셀보호회로장치, 상기 이차전지셀보호회로장치에 연결되어 배터리 잔량을 계측하는 이차전지잔량측정회로장치 및 상기 이차전지잔량측정회로장치로부터 통신을 받아 배터리 잔량을 수집하는 배터리잔량입력부를 포함하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 이차전지잔량측정회로장치의 작동전원으로 인하여 상기 이차전지셀의 전압이 과방전종지전압 이하로 떨어지지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 이차전지셀을 켜고 끄는 메인파워스위치, 이차전지의 부하출력을 인가하고 차단하는 것을 제어하는 메인파워작동릴레이, 상기 메인파워작동릴레이의 작동을 지령하는 배터리전원온오프출력부, 부하출력의 전류를 측정하기 위한 배터리전류센싱부 및 배터리 온도를 측정하기 위한 배터리온도센서부를 더 포함하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치를 제공한다.

바람직하게는, 직조섬유발열소재, 상기 직조섬유발열소재 표면에 부착된 전극, 상기 전극 표면의 절연코팅 및 상기 절연코팅 위에 밀착되고 면사원단을 재료로 하는 면상발열체를 포함하며, 상기 면상발열체가 상기 이차전지셀을 복수 개로 구비한 이차전지셀패키지 표면에 밀착된 것을 특징으로 하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치를 제공한다.

바람직하게는, 발광다이오드, 상기 발광다이오드를 조절하는 발광다이오드작동스위치, 출력부와 연결된 발광다이오드조명작동신호출력부, 상기 발광다이오드조명작동신호출력부에 연결되어 신호를 증폭시키는 트랜지스터, 출력부와 연결된 발광다이오드조명조도조절신호출력부 및 상기 트랜지스터의 출력을 전원입력으로 받고 상기 발광다이오드조명조도조절신호출력부의 명령에 의해 상기 발광다이오드조명의 조도를 조절해 주는 PWM컨트롤러를 포함하며, 상기 발광다이오드조명작동스위치의 조작 패턴에 따라 점등, 소등 및 밝기 조절을 수행하는 기능을 가지는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 방법으로

1) 단계 : 충전종지전압, 방전종지전압, 이차전지셀1개당 전류용량(Ah), 온도별 전류용량 값이 기본 값으로 입력되고, 이차전지전압측정용저항(339, 341)을 통해 측정된 이차전지 전압 값, 전류감지용저항(326)을 통해 측정된 전류 값 및 온도측정입력(333)을 통해 이차전지의 현재 온도를 입력한다.

2) 단계 : 측정된 상기 전압 값, 전류 값 및 온도를 바탕으로 충전종지전압 시점에서 방전종지전압 시점까지 이차전지에 흐른 전류의 양을 상기 기본데이터 입력 및 수집(1103)값을 기본으로 데이터를 보정한다. 배터리 잔량 데이터는 이차전지잔량측정결과출력통신포트(337)을 통하여 종합입출력제어및모니터링장치(201)로 전달되고 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 또다른 입력부에 마련된 배터리전류센싱입력(206) 단자로부터 측정된 전류 값을 상호 비교하여 데이터를 보정한다.

3) 단계 : 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)는 배터리 부하출력(209) 단자로 흐르는 평균 전류 값을 측정하여 배터리 전력을 부하에 공급할 때 및 배터리를 충전할 때 배터리 사용 가능시간을 추정한다.

4) 단계 : 전압, 전류획득(804) 기능과 저전압상태 판단기능(805), 배터리온도획득(810) 및 판단부(821)에 의해 배터리 용량을 계산하고 충전상태판단(829) 및 방전상태판단(831) 기능에 의해서 사용전력 및 방전예상시간 및 충전예상시간을 계산하여 저장한다. 또한 충전 중 상태판단(908) 및 방전 중 상태판단(910) 기능을 수행하며 충전 중일 때는 배터리잔량 및 충전잔여시간(909)을 표시하고, 방전중일 때에는 배터리 잔량 및 사용전력 및 방전예상시간(911)을 표시한다.

5) 단계 : 데이터수집(706, 707) 및 에러 정보를 걸러 내는 데이터 유효성 체크(708)를 거치는 센싱애플리케이션을 수행한다.

6) 단계 : 전압, 전류 획득(804) 기능을 수행하고 저전압상태확인(805), 과부하상태확인(807), 배터리과열상태 확인(821), 정상상태확인(823), 배터리용량계산(928), 사용전력 판단, 충전예상시간 및 방전예상시간의 판단 및 저장(833)기능을 수행한다,

7) 단계 : 기본상태(907)를 디스플레이에 표시하고(906) 충전 중일 때의 충전잔여시간표시(909), 방전 중일 때의 방전잔여시간표시(911), 과열메세지표시(917) 등의 기능을 수행한다.

8) 단계 : 발광다이오드작동스위치 누름 상태를 확인(1005)하고 계속누름상태인지 아니면 조도 증가 신호입력인지를 판단하여 밝기를 증가시키거나(1007∼1009), 소등(1012) 동작을 한다.

를 포함하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어방법을 제공한다.

본 발명은 이차전지에 충전을 하거나 방전을 할 때 방전하는 전력량을 계산하여 앞으로 몇 시간 후면 이차전지가 소진되며 또한 충전 시에는 앞으로 몇 시간 후면 충전이 완료되는지를 디스플레이장치에 표시해 주어 사용자의 편의성을 증대시킨다.

본 발명은 이차전지셀에 연결된 이차전지 합선감지 및 자동차단 기능을 제공함과 동시에 이차전지가 충전되지 않고 장시간 방치된 상황에서 대기전력을 차단하여 완전방전상태까지 가지 않도록 한다.

본 발명은 이차전지셀 및 이차전지셀보호회로장치 및 종합입출력제어및모니터링장치로 구성되는 시스템에 있어서 과충전, 과방전, 과전류 및 과열 차단기능을 이중으로 마련하여 보다 안전한 시스템을 제공함과 동시에 이차전지잔량측정회로장치와 종합입출력제어및모니터링장치의 통신에러 및 노이즈 간섭문제를 해결하여 안정적인 모니터링 시스템을 구축한다.

본 발명은 이차전지 보온제어장치에 있어서 사용 환경이 저온일 경우 안정적으로 이차전지 온도를 높여주어 이차전지의 성능을 유지시켜 줌과 동시에 고온 환경에서 이차전지에서 발생한 열이 이차전지를 감싸고 있는 보온제어장치를 원활하게 통과하게 하는 구조를 구현함으로써 이차전지셀에서 발생한 열이 원활히 빠지도록 하는 것이다. 이렇게 하여 저온 환경에서나 고온 환경에서나 안전하게 이차전지의 성능을 유지시켜 준다.

본 발명은 마이크로프로세서가 내장된 종합입출력제어및모니터링장치에 연결된 조도조절이 가능한 발광다이오드조명 장치를 구성하고 제어하는 방법에 관한 것이다. 초기 구동시 즉 배터리 전압을 인가할 때 마이크로프로세서가 초기화 동작을 하는데 이 때 입출력부 역시 초기화 하는 과정을 거쳐서 순간 점등 현상이 일어나는 문제를 해결하며 동시에 스위치의 작동 패턴에 맞추어 LED조명을 켜고, 끄고, 조도조절을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제어장치 및 방법에 따른 기능블록도이다.
도 2는 본 발명의 제어장치에 따른 종합입출력제어및모니터링장치 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제어장치에 따른 이차전지셀보호회로장치 및 이차전지잔량측정회로장치 연결 회로도이다.
도 4는 발명의 제어장치에 따른 이차전지셀패키지 보온제어장치 구조도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 면상발열체의 이차전지셀패키지의 조립도이다.
도 6는 본 발명의 종합입출력제어및모니터링장치의 제어기능의 종류 및 실행애플리케이션의 정의이다.
도 7은 도 6의 센싱애플리케이션의 작동순서도이다.
도 8은 도 6의 제어애플리케이션의 작동순서도이다.
도 9는 도 6의 디스플레이애플리케이션의 작동순서도이다.
도 10은 도 6의 LED조명애플리케이션의 작동순서도이다.
도 11은 이차전지잔량측정회로장치 작동순서도이다.

도 1은 본 발명의 제어장치에 따른 전체 시스템의 기능블록도이다. 본 발명은 이차전지셀패키지부(101), 이차전지셀패키지 보온제어장치부(102), 이차전지셀보호회로장치부(103), 이차전지잔량측정회로장치부(104) 및 중앙입출력제어및모니터링장치부(105)를 포함한다.

본 발명의 일실시예는 이차전지에 충전을 하거나 방전을 할 때 전력량을 계산하여 앞으로 몇 시간 후면 이차전지가 소진되며 또한 충전 시에는 앞으로 몇 시간 후면 이차전지의 충전이 완료되는지를 모니터링장치에 표시해 주는 제어장치 및 방법이다.

이차전지잔량측정회로장치(344)는 도 11에서 설명하고 있는 기본데이터 입력 및 수집(1103)과정에서 충전종지전압, 방전종지전압, 이차전지셀(331) 1개당 전류용량(Ah), 온도별 전류용량 값을 기본 값으로 입력받는다. 또한 이차전지전압측정용저항(339, 341)을 통해 측정된 이차전지 전압 값, 전류감지용저항(326)을 통해 측정된 전류 값 및 온도측정입력(333)을 통한 이차전지의 현재 온도 값을 입력받는다.

입력받은 상기 전압 값, 전류 값 및 온도를 바탕으로 충전종지전압 시점에서 방전종지전압 시점까지 이차전지에 흐른 전류의 양을 상기 기본데이터 입력 및 수집(1103)값을 기본으로 데이터를 보정한다. 배터리 잔여용량 계산 방법은 도 11의 작동순서도에 의한다. 배터리 잔량 데이터는 도 3의 이차전지잔량측정결과출력통신포트(337)을 통하여 종합입출력제어및모니터링장치(201)로 전달되고 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 또다른 입력부에 마련된 배터리전류센싱입력(206) 단자로부터 측정된 전류 값을 상호 비교하여 데이터를 보정한다.

상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)는 배터리 부하출력(209) 단자로 흐르는 평균 전류 값을 측정하여 배터리 사용 가능시간을 추정한다. 배터리 전력을 부하에 공급할 때 및 배터리를 충전할 때에도 같은 방법이 적용된다.

상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 제어기능의 작동순서도를 도 8에 기술하였다. 도 8의 전압, 전류획득(804) 기능과 저전압상태 판단기능(805), 배터리온도획득(810) 및 판단부(821)에 의해 배터리 용량을 계산하고 충전상태판단(829) 및 방전상태판단(831) 기능에 의해서 사용전력 및 방전예상시간 및 충전예상시간을 계산하여 저장하는 기능(833)을 가진다. 또한 도 9에서와 같이 충전 중 상태판단(908) 및 방전 중 상태판단(910) 기능을 가지고 있으며 충전 중일 때는 배터리잔량 및 충전잔여시간(909)을 표시하고, 방전중일 때에는 배터리 잔량 및 사용전력 및 방전예상시간(911)을 표시한다.

본 발명의 다른 일실시예는 상기 이차전지셀(331)에 연결된 배터리 합선감지 및 자동차단 기능을 포함하는 이차전지셀보호회로장치(344) 및 이차전지잔량측정회로장치(336)를 포함하는 시스템이다. 상기 이차전지셀잔량측정회로장치(336)는 배터리가 충전되지 아니한 상태로 방치된 상황에서 지속적으로 미세전력을 소모한다. 이에 따른 방전을 막기 위해 상기 이차전지셀보호회로장치(344)가 있다. 상기 이차전지셀(331)의 각각의 전압을 측정하는 이차전지셀전압측정입력부(329) 및 전류감지입력부(327)가 있다. 충전 시에는 상기 이차전지셀전압측정입력부(329)에서 측정한 상기 이차전지셀(331) 각각의 전압이 설정치보다 높으면 충전을 중지시키고 방전 시에는 상기 이차전지셀(331) 각각의 전압이 설정치보다 낮으면 방전을 중지시킨다. 또한 충전 및 방전 시에 상기 이차전지셀(331)에 흐르는 전류를 상기 전류감지입력부(327)가 측정하여 설정치보다 많으면 충전 및 방전을 중지시킨다.

또한 배터리의 출력단(311)이 합선되었을 경우 전류가 과다하게 흘러 상기 전류감지입력부(327)가 측정된 값이 설정 값보다 많으면 충전 및 방전을 중지시킨다. 이 때 합선 상태가 해제되었을 때에는 자동으로 복귀하여 상기 출력단(311)에 전기를 공급할 수 있어야 한다. 이 기능을 위해 필요한 것이 합선제어1단자(319), 합선제어2단자(321) 및 합선제어3단자(323)이다. 합선이 되면 방전중지출력(313)이 나가고 제2P채널전계효과트랜지스터(304)가 열린 상태가 되어 상기 출력단(311)에 전류가 공급되지 않는다. 이와 동시에 상기 합선제어1단자(319)에 출력이 나가서 제2N채널전계효과트랜지스터(314) 및 제3N채널전계효과트랜지스터(324)가 도통되고, 제1P채널전계효과트랜지스터(301)가 도통되어 상기 출력단(311)의 전압을 측정하는 제2 및 제3저항(316)(317)과 상기 이차전지셀(331)을 거쳐 제1저항(303)을 연결하는 하나의 폐회로를 이루게 된다. 이 때 상기 저항(316)(317)이 0이 되는 순간 상기 출력단(311)의 합선이 해제된 것으로 판단하여 다시 상기 방전중지출력(313)이 해제되고 상기 제2P채널전계효과트랜지스터(304)가 도통 상태가 된다. 이렇게 하여 상기 출력단(311)의 합선 감지 시 출력을 자동차단하고 해제 시 자동 복귀하는 과정을 거치게 된다.

이 때 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)의 컨트롤전원(340) 즉 Vcc 단자에 전원을 공급함에 있어서 상기 이차전지셀(331)이 방전종지전압 이하로 내려갔을 때에는 상기 컨트롤전원(340)에 전원 공급을 중지해야 한다. 그렇지 않을 경우 계속적으로 배터리를 소모해서 상기 이차전지셀(331)이 완전히 방전되는 경우까지 이르게 된다.

이런 문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로 상기 컨트롤전원(340)을 상기 출력단(311)에 인가함과 동시에 병렬로 상기 제1저항(303)과 상기 제1P채널전계효과트랜지스터(301)를 연결할 때 다이오드(346)를 경유하도록 할 수 있다. 또 따른 방법으로 상기 컨트롤전원(340)을 상기 출력단(311)에 인가함과 동시에 상기 제2P채널전계효과트랜지스터(304)와 여기에 인접한 제3P채널전계효과트랜지스터(305)사이에 전선을 인가하여 여기에 제1N채널전계효과트랜지스터(302)를 경유하여 공급하는 방법이다. 이 때 상기 제1N채널전계효과트랜지스터(302)의 게이트신호전류는 상기 제1P채널전계효과트랜지스터(301)의 게이트 선과 병렬로 묶어 회로를 구성한다.

이렇게 함으로써 상기 이차전지셀보호회로장치(344)와 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)를 상호 연결함에 있어 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)의 전력소모로 인한 상기 이차전지셀(331)의 완전 방전 위험을 막으며 동시에 상기 출력단(311)의 합선 시 출력차단 및 자동복귀회로 기능 또한 원활히 수행할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일실시예는 과충전, 과방전 및 과전류 차단 기능을 포함한 상기 이차전지셀보호회로장치(344)와 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 상호 작동에 관한 것이다. 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 작동은 도 8에 기술되어 있는 바와 같이 저전압상태(805), 과부하상태(807) 및 과열상태(821)를 판단하여 배터리 출력을 켜고 끄는 것을 제어하고 또한 도 9에서와 같이 디스플레이장치에 상태를 표시함으로써 이차전지를 편리하고 안전하게 사용될 수 있는 환경을 제공한다.

이하에서는 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)와 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 통신에러 및 노이즈 간섭문제를 해결하여 안정적인 모니터링 시스템을 구축하는 장치와 방법을 설명한다. 구체적으로는 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 작동전원인 Vcc 전력소로모 인해 장기간 사용하지 않고 방치할 경우 배터리 방전을 초래하게 된다. 이를 방지하기 위해 상기 이차전지셀(331)을 켜고 끄는 메인파워스위치(207)를 마련하고 상기 메인파워스위치(207)를 경유한 배터리출력(209)에 레귤레이터(211)를 마련하여 상기 레귤레이터(211)를 통해 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 전원(Vcc)을 공급한다. 또한 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 입력부(202)에 이차전지잔량측정결과출력통신포트(337)를 두어 배터리 잔량관련 정보를 받도록 한다. 또한 배터리전류센싱부(206)를 두어 배터리의 부하출력 전류를 측정하며, 배터리온도센서부(205)을 통해 배터리 온도데이터를 입력 받는다. 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)로부터 배터리잔량값(Ah) 및 전류 신호, 온도 신호를 전달 받지만 상기 배터리출력(209)에 연결된 부하로부터 들어오는 전기적 쇼크 및 노이즈로 인하여 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)로부터 통신선을 통해 들어온 정보가 끊기거나 노이즈가 많은 데이터가 되는 문제를 해결하기 위해 상기 배터리전류센싱입력(206)부를 통해 입력된 신호와 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)로부터 통신선을 통해 들어온 정보를 비교하여 도 7의 데이터 유효성 체크(708)단계를 통해 데이터의 유효성을 판단하여 에러 정보를 걸러 낸다.

또한 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 출력부에 배터리전원ON/OFF 출력부를 두며 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 상황판단에 의해 메인파워작동릴레이(208)를 작동시켜 배터리에 연결된 부하에 출력을 공급한다.

제어 방법은 도 6에 나타난 바와 같이 센싱, 제어, 디스플레이 및 LED램프 제어 각각에 대한 애플리케이션(605)이 마련되어 있어 종합적인 제어가 실행된다.

먼저 센싱관련된 제어 기능은 도 7의 센싱애플리케이션 작동순서도에 나타나 있다. 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 입력부(202)를 통해 들어온 정보와 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)으로부터 들어온 정보는 도 7의 데이터수집(706, 707)에서 실행되고 상기 데이터 유효성 체크(708)를 수행한다.

다음으로 도 8에서 도시한 바와 같이 제어애플리케이션 작동순서도에 따라 전압, 전류 획득(804) 기능을 수행하고 저전압상태확인(805), 과부하상태확인(807), 배터리과열상태 확인(821), 정상상태확인(823), 배터리용량계산(928), 사용전력 판단, 충전예상시간 및 방전예상시간의 판단 및 저장(833)기능을 수행한다,

다음으로 도 9에서 도시한 바와 같이 기본상태(907)를 디스플레이에 표시하고(906) 충전 중일 때의 충전잔여시간표시(909), 방전 중일 때의 방전잔여시간표시(911), 과열메세지표시(917) 등의 기능을 수행한다.

그 다음으로 도 10에서 도시한 바와 같이 LED조명작동스위치 누름 상태를 확인(1005)하고 계속누름상태인지 아니면 조도 증가 신호입력인지를 판단하여 밝기를 증가시키거나(1007∼1009), 소등(1012) 동작을 한다.

본 발명의 또 다른 일실시예는 필름형태이며, 섬유조직을 기본으로 하여 만들어진 면상발열체(408, 501)를 포함한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 이차전지셀(331)을 복수 개로 구비한 이차전지셀패키지(407) 표면을 면상발열체(408, 501)로 감싸고 이어 절연필름(504)으로 다시 그 위를 감싸서 고정한다. 또한 상기 면상발열체(408, 501)의 전원입력선(402)에 온도제어스위치(401)를 연결하고 상기 온도제어스위치(401)를 상기 이차전지셀패키지(407)에 접촉시켜 자동으로 온도 조절이 되도록 한다. 상기 면상 발열체(408, 501)는 직조섬유발열소재(406), 상기 직조섬유발열소재 표면에 부착된 전극(405), 상기 전극(405) 표면의 절연코팅(404) 및 상기 절연코팅(404) 위에 밀착된 면사원단(403)으로 이루어졌다. 상온 및 고온의 환경 하에서는 상기 온도제어스위치(401)에 의하여 히터작동이 정지한 상태이며, 가동 중에 발생한 열은 상기 면상발열체(408, 501)를 통과하여 밖으로 빠지게 된다. 이를 통해 저온환경에서는 상기 이차전지셀패키지(407)의 표면에 열을 인가하여 정해진 온도 이상으로 유지할 수 있으며, 고온 환경에서는 상기 이차전지셀패키지(407)에서 발생한 열이 상기 상기 면상발열체(408, 501)를 통과하여 열이 원활히 빠지도록 하여 저온 및 고온 환경에서 모두 성능을 만족시켜 준다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따라, 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)는 마이컴 제어를 기본으로 하며 입력부(202)와 출력부(227)를 가진다. 상기 입력부(202) 및 상기 출력부(227)에 조도조절이 가능한 LED조명(216) 장치를 장착하여 제어한다. 메인파워스위치(207)를 켤 때 LED조명이 깜빡하면서 들어왔다 나가는 순간 점등 현상을 해결함과 동시에 LED조명작동스위치(204)의 작동 패턴에 맞추어 LED조명을 켜고 끄며 조도조절을 할 수 있도록 도 2에 도시한 LED조도 조절용 PWM컨트롤러(217)를 설치하고, LED조명조도조절신호출력(221)과 LED조명작동신호출력(224)을 각각 마련하여 제어한다. 상기 LED조명조도조절신호출력(221)만을 사용하여 조도 신호를 0으로 출력할 경우 물론 조도가 0 즉 꺼진 상태이긴 하나 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)에 전원이 들어가서 입력부와 출력부를 초기화할 때에 상기 LED조명(216)이 깜빡하면서 들어왔다 나가는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해서 상기 LED조명작동신호출력(224)을 별도로 마련하여 2개의 출력이 동시에 들어왔을 때에 상기 LED조명(216)에 전원이 인가되도록 한다. 상기 LED조명조도조절신호출력(221)에서 출력되고 상기 메인파워스위치(207)를 통해 들어온 전압이 트랜지스터(219, 222)를 통하여 증폭되고 이 증폭된 전압이 상기 PWM컨트롤러(217)의 전원으로 인가된다. 또한 상기 LED조명조도조절신호출력(221)은 상기 LED조명작동스위치(204) 입력을 통해 들어온 신호를 도 10의 LED조명작동스위치를 누르는 단계(1005)를 거치면 점등이 되는 것이다. 추가로 작동스위치를 더 누르거나, 그만 누르거나 하는 과정을 거치면서 도 10의 작동순서도에 설명된 바와 같이 LED조명의 조도조절 및 소등 기능을 수행하게 된다.

101 : 이차전지셀패키지부
102 : 이차전지셀패키지 보온제어장치부
103 : 이차전지셀보호회로장치부
104 : 이차전지잔량측정회로장치부
105 : 중앙입출력제어및모니터링장치부
201 : 종합입출력제어및모니터링장치
202 : 입력부
203 : 배터리잔량입력부
204 : LED조명작동스위치
205 : 배터리온도센서부
206 : 배터리전류센싱부
207 : 메인파워스위치
208 : 메인파워작동릴레이
209 : 부하출력
211 : 레귤레이터
212 : 연산및메모리부
213 : 배터리전원온오프출력부
214 : 캐패시터
215 : LED조도조절풀업저항
216 : LED조명
217 : PWM컨트롤러
218 : 다이오드
219, 222 : 트랜지스터
221 : LED조명조도조절신호출력
223 : LED조명제어회로장치
224 : LED조명작동신호출력부
225 : LCD(LED)모니터
226 : 상태출력
227 : 출력부
301, 304, 305 : 제1부터 제3P채널전계효과트랜지스터
302 : 제1N채널전계효과트랜지스터
303 : 제1저항
306 : 다이오드
311 : 출력단
312 : 충전중지출력
313 : 방전중지출력
314 : 제2N채널전계효과트랜지스터
316, 317 : 제2 및 제3저항
319 : 합선제어1단자
321 : 합선제어2단자
322 : 캐패시터
323 : 합선제어3단자
324 : 제3N채널전계효과트랜지스터
326 : 전류감지용저항
327 : 전류감지입력부
328 : 제어유니트(1)
329 : 이차전지셀전압측정입력부
331 : 이차전지셀
332 : 이차전지전류측정입력
333 : 온도측정입력
334 : 제어유니트(2)
336 : 이차전지잔량측정회로장치
337 : 이차전지잔량측정결과출력통신포트
338 : 이차전지전압측정입력
339, 341 : 이차전지전압측정용저항
340 : 컨트롤전원
342 : 연결회로부1
344 : 이차전지셀보호회로장치
346 : 다이오드
347 : 연결회로부2
401 : 온도제어스위치
403 : 면사원단
404 : 절연코팅
405 : 전극
406 : 직조섬유발열소재
407 : 이차전지셀패키지
408, 501 : 면상발열체
502 : 이차전지셀패키지
503 : 이차전지셀보호회로장치
504 : 절연필름

Claims

이차전지셀(331);
상기 이차전지셀(331)에 연결되어 과충전을 감지하고 과충전 시 충전을 차단하는 기능, 과방전이나 과전류를 감지하고 과방전이나 과전류 시 출력을 차단하는 기능 및 합선을 감지하고 합선 시 출력을 차단하고 자동으로 복구하는 기능을 가지는 이차전지셀보호회로장치(503);
상기 이차전지셀보호회로장치(503)에 연결되어 배터리 잔량을 계측하는 이차전지잔량측정회로장치(336); 및
상기 이차전지잔량측정회로장치(336)로부터 통신을 받아 배터리 잔량을 수집하는 배터리잔량입력부(203);
를 포함하며,
상기 배터리 잔량 데이터를 이차전지잔량측정결과출력통신포트(337)을 통하여 종합입출력제어및모니터링장치(201)로 전달하고 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 또 다른 입력부에 마련된 배터리전류센싱입력(206) 단자로부터 측정된 전류 값을 상호 비교하여 상기 배터리 잔량 데이터를 보정하고 배터리 부하출력(209) 단자로 흐르는 평균 전류 값을 측정하여 배터리 사용 가능시간을 추정하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치.
제 1항에 있어서,
컨트롤전원(340)을 출력단(311)에 인가함과 동시에 병렬로 제1저항(303)과 제1P채널전계효과트랜지스터(301)를 연결할 때 다이오드(346)를 경유하거나, 상기 컨트롤전원(340)을 상기 출력단(311)에 인가함과 동시에 제2P채널전계효과트랜지스터(304)와 여기에 인접한 제3P채널전계효과트랜지스터(305)사이에 전선을 인가하여 여기에 제1N채널전계효과트랜지스터(302)를 경유하여 공급하도록 회로를 구성한 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치.
제 1항에 있어서,
상기 이차전지셀(331)을 켜고 끄는 메인파워스위치(207);
이차전지의 부하출력을 인가하고 차단하는 것을 제어하는 메인파워작동릴레이(208);
상기 메인파워작동릴레이(208)의 작동을 지령하는 배터리전원온오프출력부(213);
부하출력의 전류를 측정하기 위한 배터리전류센싱부(206); 및
배터리 온도를 측정하기 위한 배터리온도센서부(205);
를 더 포함하며,
상기 메인파워스위치(207)를 경유한 배터리출력(209)에 레귤레이터(211)를 마련하여 상기 레귤레이터(211)를 통해 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 전원(Vcc)을 공급하며, 상기 배터리전류센싱입력(206)부를 통해 입력된 신호와 상기 이차전지잔량측정회로장치(336)로부터 통신선을 통해 들어온 정보를 비교하여 도 7의 데이터 유효성 체크(708)단계를 통해 데이터의 유효성을 판단하여 에러 정보를 걸러 내는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치.
제 1항부터 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
발광다이오드(216);
상기 발광다이오드(216)을 조절하는 발광다이오드작동스위치(204);
출력부와 연결된 발광다이오드조명작동신호출력부(224);
상기 발광다이오드조명작동신호출력부(224)에 연결되어 신호를 증폭시키는 트랜지스터(219, 222);
출력부와 연결된 발광다이오드조명조도조절신호출력부(221); 및
상기 트랜지스터(219, 222)의 출력을 전원입력으로 받고 상기 발광다이오드조명조도조절신호출력부(221)의 명령에 의해 상기 발광다이오드조명(216)의 조도를 조절해 주는 PWM컨트롤러(217);
를 더 포함하며, 상기 발광다이오드조명작동스위치(204)의 조작 패턴에 따라 점등, 소등 및 밝기 조절을 수행하는 기능을 가지되,
상기 LED조명작동신호출력(224)을 별도로 마련하여 2개의 출력이 동시에 들어왔을 때에만 상기 LED조명(216)에 전원이 인가되도록 하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어장치.
1) 단계 : 충전종지전압, 방전종지전압, 이차전지셀1개당 전류용량(Ah), 온도별 전류용량 값이 기본 값으로 입력되고, 이차전지전압측정용저항(339, 341)을 통해 측정된 이차전지 전압 값, 전류감지용저항(326)을 통해 측정된 전류 값 및 온도측정입력(333)을 통해 이차전지의 현재 온도를 입력한다.
2) 단계 : 측정된 상기 전압 값, 전류 값 및 온도를 바탕으로 충전종지전압 시점에서 방전종지전압 시점까지 이차전지에 흐른 전류의 양을 상기 기본데이터 입력 및 수집(1103)값을 기본으로 데이터를 보정한다. 배터리 잔량 데이터는 이차전지잔량측정결과출력통신포트(337)을 통하여 종합입출력제어및모니터링장치(201)로 전달되고 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)의 또다른 입력부에 마련된 배터리전류센싱입력(206) 단자로부터 측정된 전류 값을 상호 비교하여 데이터를 보정한다.
3) 단계 : 상기 종합입출력제어및모니터링장치(201)는 배터리 부하출력(209) 단자로 흐르는 평균 전류 값을 측정하여 배터리 전력을 부하에 공급할 때 및 배터리를 충전할 때 배터리 사용 가능시간을 추정한다.
4) 단계 : 전압, 전류획득(804) 기능과 저전압상태 판단기능(805), 배터리온도획득(810) 및 판단부(821)에 의해 배터리 용량을 계산하고 충전상태판단(829) 및 방전상태판단(831) 기능에 의해서 사용전력 및 방전예상시간 및 충전예상시간을 계산하여 저장한다. 또한 충전 중 상태판단(908) 및 방전 중 상태판단(910) 기능을 수행하며 충전 중일 때는 배터리잔량 및 충전잔여시간(909)을 표시하고, 방전중일 때에는 배터리 잔량 및 사용전력 및 방전예상시간(911)을 표시한다.
5) 단계 : 데이터수집(706, 707) 및 에러 정보를 걸러 내는 데이터 유효성 체크(708)를 거치는 센싱애플리케이션을 수행한다.
6) 단계 : 전압, 전류 획득(804) 기능을 수행하고 저전압상태확인(805), 과부하상태확인(807), 배터리과열상태 확인(821), 정상상태확인(823), 배터리용량계산(928), 사용전력 판단, 충전예상시간 및 방전예상시간의 판단 및 저장(833)기능을 수행한다,
7) 단계 : 기본상태(907)를 디스플레이에 표시하고(906) 충전 중일 때의 충전잔여시간표시(909), 방전 중일 때의 방전잔여시간표시(911), 과열메세지표시(917) 등의 기능을 수행한다.
8) 단계 : 발광다이오드작동스위치 누름 상태를 확인(1005)하고 계속누름상태인지 아니면 조도 증가 신호입력인지를 판단하여 밝기를 증가시키거나(1007∼1009), 소등(1012) 동작을 한다. 이 때 상기 LED조명작동신호출력(224)을 별도로 마련하여 2개의 출력이 동시에 들어왔을 때에만 상기 LED조명(216)에 전원이 인가되도록 한다.
를 포함하는 이차전지팩 입출력 및 온도관리 제어방법.