KR20160069862A - 배터리 방전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 배터리 방전 장치에 관한 것으로, 본 명세서의 실시예에 따른 배터리 방전 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 MCU(Module Control Unit) 및 상기 MCU와 연결되며, 상기 배터리 모듈의 작동 특성에 대한 정보를 전달받고, 상기 배터리 모듈의 충방전 상태를 MCU를 통해 제어하는 BCU(Battery Control Unit)를 포함하며, 상기 MCU는 상기 BCU로부터 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 감지 장치로부터 차량 충돌 신호를 수신한 경우 턴 온 되고, 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 전압이 방전되도록 제어한다.

Description

배터리 방전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISCHARGING BATTERY}
본 명세서는 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리 관리 시스템에서 긴급하게 배터리를 방전하는 기술에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV; Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작되었다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 전기 모터 등에 고출력 에너지를 공급하기 위하여 통상 300V 내지 700V 정도의 고전압 배터리를 사용한다.
따라서, 전기 에너지를 이용하는 자동차에서는 고전압 배터리를 사용함으로써 발생하는 위험 요소들로부터 직접적인 접촉을 피하고 운전자 및 탑승자 등을 보호하고자 고전원 전기장치에 대한 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하다.
특히, 차량의 충돌 상황에서는 배터리에 있는 전압을 일정 수준으로 빠르게 낮추어야 감전 또는 차량 화재 등을 방지하여 운전자 등의 안전을 더욱더 보장할 수 있게 된다. 그러나 종래 배터리 방전 기술은 차량의 충돌로 인해 차량의 시동이 오프되는 경우, 배터리를 제어하는 제어 장치도 오프됨으로써 배터리 방전을 제대로 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 명세서는 고전압 배터리를 사용하는 배터리 관리 시스템에서, 차량의 충돌로 인해 차량의 시동이 꺼지는 경우에도 MCU가 동작을 유지할 수 있도록 하여 보다 안정적으로 배터리 방전을 할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 방전 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 MCU(Module Control Unit) 및 상기 MCU와 연결되며, 상기 배터리 모듈의 작동 특성에 대한 정보를 전달받고, 상기 배터리 모듈의 충방전 상태를 MCU를 통해 제어하는 BCU(Battery Control Unit)를 포함하며, 상기 MCU는 상기 BCU로부터 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 감지 장치로부터 차량 충돌 신호를 수신한 경우 턴 온 되고, 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 전압이 방전되도록 제어한다.
또한, 상기 MCU는 상기 배터리 모듈의 전압을 방전하고 기 설정된 시간이 지난 경우 다시 상기 MCU가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는지 확인할 수 있다.
또한, 상기 MCU는 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 차량의 운전자에게 알려주도록 할 수 있다.
또한, 상기 MCU는 차량이 충돌 상황인 경우 상기 배터리 모듈의 전압을 기 설정된 전압까지 방전되도록 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 방전 방법은 MCU가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는 신호 수신 단계, 상기 신호 수신 단계에서 상기 MCU가 상기 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하면 상기 MCU가 턴 온 되는 턴온 단계, 상기 턴온 단계를 통해 상기 MCU가 턴 온 되면 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 단계 및 상기 전압 측정 단계를 통해 측정한 결과 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 전압을 방전하는 전압 방전 단계를 포함한다.
또한, 상기 전압 방전 단계를 상기 배터리 모듈의 전압을 방전하고 기 설정된 시간이 지난 경우 다시 상기 MCU가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는지 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 측정 단계를 통해 측정한 결과 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 차량의 운전자에게 알려주도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 방전 단계는 차량이 충돌 상황인 경우 상기 배터리 모듈의 전압을 기 설정된 전압까지 방전되도록 할 수 있다.
본 명세서는 고전압 배터리를 사용하는 배터리 관리 시스템에서, 차량의 충돌로 인해 차량의 시동이 꺼지는 경우에도 MCU가 동작을 유지할 수 있도록 하여 보다 안정적으로 배터리 방전을 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치의 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치의 배터리 방전 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 도 1을 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치(100)는 배터리 모듈(10), MCU(20) 및 BCU(30)를 포함한다.
배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 모듈(10)은 고전압 배터리로, 리튬 이온 전지를 포함한다. 이때, 리튬 이온 전지는 양극에 망간계 재료를, 음극에 비정질계 탄소재료를 각각 이용한 복수의 셀로 구성될 수 있다. 예를 들어 96개의 셀이 직렬로 접속 되어 구성될 수 있다. 리튬 이온 전지의 각각의 셀의 정격 용량은 5.5 Ah(Ampere Hour), 정격 전압은 3.6 V(Volt) 일 수 있다.
MCU(20)는 배터리 모듈(10)과 연결되어 배터리 모듈(10)의 복수의 배터리 셀의 전압, 전류, 충전 상태 등과 같은 작동 특성을 모니터링한다.
또한, MCU(20)는 배터리 모듈(10)의 복수의 배터리 셀을 모니터링한 결과를 통해 배터리 모듈(10)의 복수의 배터리 셀을 충전 또는 방전되도록 제어한다. 예를 들어, 배터리 셀의 충전 정도가 기 설정된 충전 임계값을 초과하는 경우 MCU는 배터리 셀을 방전시킨다. 반대로, 배터리 셀의 충전 정도가 기 설정된 방전 임계값 미만인 경우 MCU는 배터리 셀을 충전시킨다.
또한, MCU(20)는 BCU(30)로부터 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 감지 장치(40)로부터 차량 충돌 신호를 수신한 경우 턴 온 된다. 차량 충돌이 발생한 경우, 충돌의 정도가 심하면 차량의 시동이 오프될 수 있다. 이 경우, 전원(50)과 BCU(30)를 연결하는 스위치가 오프되어 BCU(30)의 전원도 오프된다. 따라서, MCU(20)는 BCU(30)로부터 웨이크업 신호를 수신 받을 수 없어 배터리 모듈의 복수의 셀들을 밸런싱 할 수 없게 된다. 이런 문제를 방지하기 위해 MCU(20)는 차량 충돌 감지 장치(40)로부터 차량 충돌 신호를 수신한 경우도 턴 온 되도록 설정된다. 차량 충돌 감지 장치(40)는 차량 내에 설치된 ACU(Airbag Control Unit) 등을 의미할 수 있다. 따라서, MCU(20)는 차량의 충돌이 발생한 경우에도, 배터리 모듈(10)의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 배터리 모듈(10)의 전압이 방전되도록 제어할 수 있다.
또한, MCU(20)는 배터리 모듈(10)의 전압을 방전하고 기 설정된 시간이 지난 경우 다시 MCU(20)가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는지 확인할 수 있다. 이를 통해, MCU(20)가 배터리 모듈(10)의 방전을 지속할지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)의 전압을 방전하고 100 ms 주기로 신호 수신 여부를 확인할 수 있다.
또한, MCU(20)는 배터리 모듈(10)의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 차량의 운전자에게 알려줄 수 있다. 예를 들어, 차량의 AVN 등의 비디오 장치에 경고 메시지를 띄우거나 차량의 오디오 장비를 통해서 경고음을 울리는 형태 등을 상정할 수 있다.
BCU(30)는 MCU(20)와 연결되어 배터리 모듈(10)의 작동 특성에 대한 정보를 전달받는다. 또한 BCU(30)는 배터리 모듈(10)의 충방전 상태를 MCU(20)를 통해 제어한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 방법에 대해 설명하다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치의 배터리 방전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 방전 방법은 먼저, MCU(20)가 BCU(30)로부터 웨이크업 신호를 수신하거나 또는 차량 충돌 장치(40)로부터 차량 충돌 신호를 수신한다(S101).
이후, MCU(20)는 턴 온 된다(S103). 차량 충돌이 발생한 경우, 충돌의 정도가 심하면 차량의 시동이 오프될 수 있다. 이 경우, 전원(50)과 BCU(30)를 연결하는 스위치가 오프되어 BCU(30)의 전원도 오프된다. 따라서, MCU(20)는 BCU(30)로부터 웨이크업 신호를 수신 받을 수 없어 배터리 모듈의 복수의 셀들을 밸런싱 할 수 없게 된다. 이런 문제를 방지하기 위해 MCU(20)는 차량 충돌 감지 장치(40)로부터 차량 충돌 신호를 수신한 경우도 턴 온 되도록 설정된다.
이후, MCU(20)는 배터리 모듈(10)의 전압을 측정한다(S105).
이후, MCU(20)는 S105 단계에서 측정된 전압 값이 기 설정된 전압 값을 초과하는지 확인한다(S107).
S107 단계에서 판단 결과 배터리 모듈(10)의 전압이 상기 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우, MCU(20)는 배터리 모듈(10)의 전압을 상기 기 설정된 전압까지 방전한다(S109). 또한, 배터리 모듈(10)의 전압을 방전하고 기 설정된 시간이 지난 경우 다시 MCU(20)가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는지 확인할 수 있다. 이를 통해, MCU(20)가 배터리 모듈(10)의 방전을 지속할지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)의 전압을 방전하고 100 ms 주기로 신호 수신 여부를 확인할 수 있다.
또한, S107 단계에서 판단 결과 배터리 모듈(10)의 전압이 상기 기 설정된 전압을 초과하는 경우, MCU(20)는 차량의 운전자에게 감전 등의 위험을 알려줄 수 있다(S109). 예를 들어, 차량의 AVN 등의 비디오 장치에 경고 메시지를 띄우거나 차량의 오디오 장비를 통해서 경고음을 울리는 형태 등을 상정할 수 있다.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 배터리 방전 장치
10 : 배터리 모듈
20 : MCU
30 : BCU
40 : 충돌 감지 장치
50 : 전원

Claims (8)

  1. 배터리 관리 시스템에 있어서,
    복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 MCU(Module Control Unit); 및
    상기 MCU와 연결되며, 상기 배터리 모듈의 작동 특성에 대한 정보를 전달받고, 상기 배터리 모듈의 충방전 상태를 MCU를 통해 제어하는 BCU(Battery Control Unit)를 포함하며,
    상기 MCU는 상기 BCU로부터 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 감지 장치로부터 차량 충돌 신호를 수신한 경우 턴 온 되고, 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 전압이 방전되도록 제어하는 배터리 방전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 MCU는 상기 배터리 모듈의 전압을 방전하고 기 설정된 시간이 지난 경우 다시 상기 MCU가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는지 확인하는 배터리 방전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 MCU는 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 차량의 운전자에게 알려주도록 하는 배터리 방전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 MCU는 차량이 충돌 상황인 경우 상기 배터리 모듈의 전압을 기 설정된 전압까지 방전되도록 하는 배터리 방전 장치.
  5. MCU가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는 신호 수신 단계;
    상기 신호 수신 단계에서 상기 MCU가 상기 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하면 상기 MCU가 턴 온 되는 턴온 단계;
    상기 턴온 단계를 통해 상기 MCU가 턴 온 되면 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 및
    상기 전압 측정 단계를 통해 측정한 결과 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 전압을 방전하는 전압 방전 단계를 포함하는 배터리 방전 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전압 방전 단계를 상기 배터리 모듈의 전압을 방전하고 기 설정된 시간이 지난 경우 다시 상기 MCU가 웨이크업 신호 또는 차량 충돌 신호를 수신하는지 확인하는 단계를 더 포함하는 배터리 방전 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전압 측정 단계를 통해 측정한 결과 상기 배터리 모듈의 전압이 기 설정된 전압 값을 초과하는 경우 차량의 운전자에게 알려주도록 하는 단계를 더 포함하는 배터리 방전 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 전압 방전 단계는 차량이 충돌 상황인 경우 상기 배터리 모듈의 전압을 기 설정된 전압까지 방전되도록 하는 배터리 방전 방법.
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