KR20160097637A - 차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어장치 - Google Patents

차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어장치 Download PDF

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KR20160097637A
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Abstract

본 발명은 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자전거, 전기스쿠터, 세그웨이, 전기자동차 등 차세대 친환경 자동차에 장착되는 2차 전지의 관리를 위해 대전력 FET 대신 IC(Integrated Circuit) 회로를 이용하여 전지셀들과 연결된 스위칭 소자들을 제어함으로써, 발열 원인을 제거하고 전지셀들의 전압 균일성을 향상시켜 수명 단축의 원인을 제거하며, 출력 특성이 다른 전지셀들을 사용 가능하게 하여 고장난 전지셀 일부의 교체만 가능하도록 하며, 긴급 상황 시에 차세대 친환경 자동차의 빠른 구동이 가능하도록 전지셀 이외에 UC(Ultra Capacitor)의 사용이 가능한, 차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어 장치에 관한 것이다.

Description

차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어장치{Apparatus for Controlling Secondary Cell Battery for Next Generation Eco-friendly Vehicle}
본 발명은 차세대 친환경 자동차를 위한 2차 전지를 제어하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차와, 전기자전거, 전기스쿠터 등 전기 이륜차, 세그웨이 등의 자가제어 전기자동차, 또는 2인승 근거리 전기자동차 등의 차세대 친환경 자동차에 장착되는 2차 전지의 충방전 상태를 적절히 관리하기 위한 2차 전지 제어 장치에 관한 것이다.
플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자전거, 전기스쿠터, 세그웨이, 전기자동차 등 차세대 친환경 자동차에 장착된 2차 전지로서 리튬 이온 전지가 주로 사용되고 있다. 이와 같은 차세대 친환경 자동차용 2차 전지는 복수의 전지셀(또는 전지모듈)을 복수개 연결한 전지팩 형태로 제조되며, 전지셀들의 전압 균일성(밸런스)를 유지하기 위하여 2차 전지 제어 장치가 필수적이다. 전지셀들의 전압 불균일 현상이 발생하면 2차 전지의 수명이 단축되고, 어느 하나의 전지셀의 고장은, 동일한 특성을 갖는 전지셀들로 이루어진 새로운 전지팩으로 전체셀들을 교체하여야만 하기 때문이다.
또한, 종래의 2차 전지 제어 장치에서는, 전지셀들의 전압 균일성(밸런스)를 위해, 각각의 전지셀에 연결된 스위칭 소자를 대전력 FET(Field Effect Transistor)를 사용하여 제어해 전류를 공급하는 방식을 사용하므로, FET에서의 발열로 인해 전지셀들의 전압 불균일성을 더욱 심화시켜 2차 전지의 수명 단축에 치명적인 원인이 되고 있다.
그리고, 리튬 이온 전지 등 종래의 2차 전지는 충전 시간이 2~4 시간 정도로 오래 걸리므로, 2차 전지를 빠르게 충전하여야 하는 긴급 상황에서도, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자전거, 전기스쿠터, 세그웨이, 전기자동차 등 차세대 친환경 자동차의 빠른 구동과 전지셀들의 전압 균일성을 해결할 수 있는 개선된 방법이 필요한 실정이다.
관련 문헌으로서 대한민국 공개특허 공보 제10-2004-0017629호 (2004년 02월 27일 공개) 등이 참조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자전거, 전기스쿠터, 세그웨이, 전기자동차 등 차세대 친환경 자동차에 장착되는 2차 전지의 관리를 위해 대전력 FET 대신 IC(Integrated Circuit) 회로를 이용하여 전지셀들과 연결된 스위칭 소자들을 제어함으로써, 발열 원인을 제거하고 전지셀들의 전압 균일성을 향상시켜 수명 단축의 원인을 제거하며, 출력 특성이 다른 전지셀들을 사용 가능하게 하여 고장난 전지셀 일부의 교체만 가능하도록 하며, 긴급 상황 시에 차세대 친환경 자동차의 빠른 구동이 가능하도록 전지셀 이외에 UC(Ultra Capacitor)의 사용이 가능한, 차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어 장치를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 2차 전지 제어 장치는, 복수의 전지셀들을 포함하는 2차 전지의 상기 전지셀들에 연결된 셀선택 스위치들의 온오프를 제어하기 위하여, IC(Integrated Circuit) 칩 형태로 제작된 스위칭 제어 IC; 및 스위칭 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭 제어 IC가 상기 셀선택 스위치들을 온오프하도록 제어하고, 상기 셀선택 스위치들을 통해 연결되는 상기 전지셀들의 전압 상태를 진단하고, 진단 결과에 따라 상기 전지셀들의 전압 밸런스를 유지시키기 위한 상기 2차 전지의 충방전 전류의 제어를 수행하고, 상기 2차 전지의 과충전, 과방전, 및 단락 시의 보호 제어를 수행하는 제어 로직부를 포함한다.
상기 제어 로직부는, 상기 셀선택 스위치들의 온오프를 제어하여 상기 전지셀들의 전압 상태를 진단한 결과에 따라 제어신호를 생성하는 충전 상태 제어부; 상기 제어신호에 따라 상기 전지셀들의 전압 밸런스를 유지시키기 위한 상기 2차 전지의 충방전 전류의 제어를 수행하는 보호회로 모듈; 및 상기 충전 상태 제어부가 상기 전지셀들의 전압 상태를 진단하는 동안, 상기 2차 전지의 과충전, 과방전, 및 단락 상태를 검출하는 셀상태 검출부를 포함하고, 상기 보호회로 모듈은, 상기 셀상태 검출부의 상기 과충전이나 상기 과방전 검출에 따라 충방전 전류의 제한, 또는 상기 셀상태 검출부의 상기 단락 상태의 검출에 따라 상기 2차 전지의 동작이 정지되도록 제어하여 상기 2차 전지를 보호하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀선택 스위치들 중 하나 이상의 스위치와 연결된 대용량 커패시터를 더 이용할 수 있고, 상기 제어 로직부는, 입력된 비상모드 신호에 따라 상기 스위칭 제어 IC를 제어하여 상기 대용량 커패시터에 연결된 상기 하나 이상의 스위치를 온시켜서 상기 2차 전지의 두 단자로 공급되는 충전 전류로 상기 대용량 커패시터를 먼저 충전하되, 소정의 완충 레벨까지 상기 대용량 커패시터를 충전하여 부하를 구동하면서 상기 대용량 커패시터에 충전된 전력으로 상기 2차 전지의 전지셀들을 충전할 수 있다.
상기 제어 로직부는, 상기 대용량 커패시터의 전력에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 상기 2차 전지의 전지셀들을 충전하기 위한 PWM 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어 로직부는, LDO(Low Drop Out) 소자 또는 정전압 레귤레이터를 이용하여 상기 2차 전지에 공급되는 충전 전압의 정전압을 유지하는 정전압부를 포함할 수 있다,
상기 2차 전지 제어 장치는, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자전거, 전기 이륜차, 자가제어 전기자동차, 또는 2인승 근거리 전기자동차를 포함하는 차세대 친환경 자동차에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어 장치에 따르면, 대전력 FET 대신 IC 회로를 이용하여 전지셀들과 연결된 스위칭 소자들을 제어함으로써, 대전력 FET에 의한 발열 원인을 제거하고 전지셀들의 전압 균일성을 향상시켜 2차 전지의 수명 단축의 원인을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어 장치에 따르면, IC 회로를 이용한 정확한 데이터 처리와 전지셀들에 대한 정확한 상태 예측이 가능하므로, 출력 특성이 다른 전지셀들을 사용 가능하게 하여 고장난 전지셀 일부의 교체만 가능하도록 할 수 있으며, 전지셀 이외에 UC(Ultra Capacitor)의 긴급 충전으로 차세대 친환경 자동차의 빠른 구동이 가능하며 이와 같은 UC(Ultra Capacitor)의 사용으로 생산 단가의 감소와 2차 전지의 수명 연장의 효과도 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지의 비상 충전시의 2차 전지 제어 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 제어 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지 제어 장치(100)는, 직렬 연결된 전지셀들(11)을 포함하는 2차 전지(10)의 충방전 상태를 제어하기 위하여, 스위칭 제어 IC(110) 및 제어 로직부(120)를 포함한다. 전지셀들(11) 각각은 하나의 단위 전지셀이 직렬 또는 병렬로 접속되어 있다.
스위칭 제어 IC(110)는 제어 로직부(120)의 스위칭 제어 신호에 따라 전지셀들(11)에 연결된 셀선택 스위치들(20)의 온오프를 제어하며, 기존과 같이 대전력 FET 대신 본 발명에서는 IC(Integrated Circuit) 칩 형태로 제작된 스위칭 제어 IC(110)를 통하여 셀선택 스위치들(20)의 온오프를 제어함으로써, 대전력 FET에 의한 발열 원인을 제거할 수 있고, 전지셀들(11)의 전압 밸런스를 향상시켜 2차 전지(10)의 수명 단축의 원인을 제거할 수 있게 된다. 스위칭 제어 IC(110)와 제어 로직부(120)는 대전력 FET 대신 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 회로, MOSFET, BJT(Bipolar Junction Transister) 등의 회로로 구성될 수 있고, 이외에 RLC(저항, 인덕터, 커패시터) 회로나 다른 트랜지스터 등을 포함할 수 있다.
셀선택 스위치들(20)은 전지셀들(11)의 단자들에 하나씩 연결되어 있으며, 제어 로직부(120)는 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위칭 제어 IC(110)가 셀선택 스위치들(20)을 온오프(on/off)하도록 제어한다.
제어 로직부(120)는, 스위칭 제어 IC(110)를 통해 셀선택 스위치들(20) 각각의 온오프(on/off)를 제어하여 셀선택 스위치들(20)을 통해 연결되는 전지셀들(11)의 전압 상태를 진단할 수 있으며, 진단 결과에 따라 전지셀들(11)의 전압 밸런스를 유지시키기 위한 2차 전지(10)의 충방전 전류의 제어를 수행할 수 있다. 또한, 제어 로직부(120)는 단자들(+,-)을 통한 2차 전지(10)의 과충전, 과방전의 경우 뿐만아니라, 단락 시에도 2차 전지(10)를 보호를 위한 제어를 수행할 수 있다.
본 발명에서는 2차 전지(10)를 구성하는 전지셀(또는 전지모듈)들(11) 모두 출력 특성이 동일할 필요 없으며, 스위칭 제어 IC(110)를 이용한 제어 로직부(120)로의 정확한 데이터 전달과 전지셀들(11) 각각에 대한 정확한 상태 예측이 가능하므로, 출력 특성이 서로 다른 전지셀들(11)로 자유롭게 구성할 수 있다. 즉, 전지셀들(11) 중 일부 전지셀이 고장난 경우 기존과 같이 동일한 특성을 갖는 전지셀들로 이루어진 새로운 전지팩으로 전체셀들을 교체할 필요 없으며, 고장난 해당 전지셀 일부의 교체만으로도 정상 동작하도록 간단하고 비용 절약적으로 운용이 가능하다.
이외에도 본 발명에서는 2차 전지(10) 이외에 수 내지 수십 또는 수백 패럿의 큰 정전 용량을 갖는 집중형 커패시터 등을 하나 이상 병렬 연결한 대용량 커패시터(Ultra Capacitor)(30)를 더 운용할 수 있다. 대용량 커패시터(Ultra Capacitor)(30)는 셀선택 스위치들(20) 중 하나 이상의 스위치와 연결될 수 있으며, 제어 로직부(120)가 해당 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위칭 제어 IC(110)가 해당 스위치를 온오프하도록 제어할 수 있다.
본 발명에서는 2차 전지(10)의 전지셀들(11) 이외에 대용량 커패시터(Ultra Capacitor)(30)를, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자전거, 전기스쿠터 등 전기 이륜차, 세그웨이 등의 자가제어 전기자동차, 또는 2인승 근거리 전기자동차 등의 차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어 장치에 적용함으로써, 긴급 상황 시에 빠른 충전으로 차세대 친환경 자동차의 빠른 구동이 가능하며 이와 같은 UC(Ultra Capacitor)의 사용으로 생산 단가의 감소와 2차 전지(10)의 수명 연장의 효과도 기대할 수 있다.
전지셀들(11)은 각각 리튬 이온전지 등 단위 2차 전지셀로 이루어지며, 대용량 커패시터(Ultra Capacitor)(30)는 집중형 커패시터로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지셀들(11)은 대용량의 전력을 단시간에 충방전하지 못하며, 내구성도 대용량 커패시터(Ultra Capacitor)(30)에 비하여 상대적으로 좋지 않다. 대용량 커패시터(Ultra Capacitor)(30)는 전지셀들(11)과 같이 화학 반응을 이용하지 않고, 전극과 전해질계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전 현상을 이용하므로, 고효율 충방전이 가능하며 급속 충방전이 가능하고, 반영구적인 사이클 수명 특성을 갖는다.
이를 이용하여, 제어 로직부(120)는, 사용자 등으로부터 소정의 스위치 조작 등에 의해 비상모드 신호가 입력되는 경우, 스위칭 제어 IC(110)를 제어하여 대용량 커패시터(30)에 연결된 셀선택 스위치들(20) 중의 해당 하나 이상의 스위치를 온시켜서, 충전 시 단자들(+,-)을 통하여 2차 전지(10)에 공급되는 충전 전류로 대용량 커패시터(30)를 먼저 충전하되, 소정의 완충 레벨까지 대용량 커패시터(30)를 충전하여 차세대 친환경 자동차 바퀴 등 부하가 신속하게 구동될 수 있도록 할 수 있으며, 구동 중 대용량 커패시터(30)에 충전된 전력으로 2차 전지(10)의 전지셀들(11)을 충전하여 2차 전지(10)의 느린 충전 속도를 보완할 수 있다.
도 1에서, 제어 로직부(120)는 충전 상태 제어부(210), PWM 제어부(220), 셀상태 검출부(230), 보호회로 모듈(240), 및 정전압부(250)를 포함한다.
충전 상태 제어부(210)는 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위칭 제어 IC(110)로 전달함으로써, 셀선택 스위치들(20) 각각의 온오프(on/off)를 주기적으로 제어하여 전지셀들(11)의 전압 상태를 진단한 결과에 따라 소정의 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전지셀들(11) 간의 전압 차이가 소정의 전압(예, 0.3V, 0.5V 등) 이상이 되면, 충전 상태 제어부(210)는 해당 제어신호를 발생시키고, 이에 따라 보호회로 모듈(Protection Circuit Modulle)(240)은 전지셀들(11)의 전압 밸런스를 유지시키기 위한 2차 전지(10)의 충방전 전류의 제어를 수행할 수 있다. 보호회로 모듈(240)의 이와 같은 충방전 전류의 제어에 따라, 2차 전지(10)의 충방전 시에 단자들(+,-)을 통한 전류가 소정의 값 이하로 제한됨으로써 전지셀들(11) 간의 전압이 평활화되어 (높은 전압은 낮게, 낮은 전압은 높게) 전압 불균형이 해소되고 전압 밸런스를 유지시킬 수 있다. 이와 같은 전압 밸런스 제어는 2차 전지(10)의 충전 상태(State of Charge)가 일정 수준(예, 40%) 이상일 때 이루어지도록 할 수 있다.
셀상태 검출부(230)는 충전 상태 제어부(210)가 전지셀들(11)의 전압 상태를 진단하는 동안, 소정의 회로를 이용하여 2차 전지(10) 전지셀들(11)들의 전류를 측정함으로써, 2차 전지(10)의 과충전(소정의 충전 레벨보다 높은 충전 레벨 상태), 과방전(소정의 방전 레벨보다 낮은 방전 레벨 상태), 및 2차 전지(10) 단락 상태를 검출할 수 있다.
셀상태 검출부(230)가 과충전을 검출하는 경우 해당 제어 신호를 발생시키면, 보호회로 모듈(240)은 해당 제어 신호에 따라 단자들(+,-)을 통한 충전 전류가 소정의 값 이하로 제한되도록 제어하여 과충전을 방지할 수 있다. 또한, 셀상태 검출부(230)가 과방전을 검출하는 경우 해당 제어 신호를 발생시키면, 보호회로 모듈(240)은 해당 제어 신호에 따라 단자들(+,-)을 통한 방전 전류가 소정의 값 이하로 제한되도록 제어하여 과방전을 방지할 수 있다. 또한, 셀상태 검출부(230)가 2차 전지(10) 단락 상태를 검출하는 경우 해당 제어 신호를 발생시키면, 보호회로 모듈(240)은 해당 제어 신호에 따라 2차 전지(10)의 충방전 동작이 정지되도록 제어하여 2차 전지(10) 파괴로부터 보호할 수 있다.
또한, 위에서 기술한 바와 같이, 대용량 커패시터(30)에 충전된 전력으로 2차 전지(10)의 전지셀들(11)을 충전하여 2차 전지(10)의 느린 충전 속도를 보완하는 경우에, PWM 제어부(220)가 필요하다. 즉, 이때 PWM 제어부(220)는 대용량 커패시터(30)의 전력에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 2차 전지(10)의 전지셀들(11)을 충전하게 된다.
그리고, 정전압부(250)는 LDO(Low Drop Out) 소자 또는 정전압 레귤레이터를 이용하여 2차 전지(10)에 공급되는 충전 전압의 정전압을 유지할 수 있다. 즉, 2차 전지(10)의 충전 시, 정전압부(250)에 의해, 충전 센터 또는 댁내의 충전기로부터 단자들(+,-)에 공급되는 전압이 충전 전압(예, 3.7V) 보다 0.3V ~0.5 V 정도만 높아도, 2차 전지(10)가 목표 충전 전압(예, 3.7V)으로 충전되도록 정전압을 유지시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지(10)의 비상 충전시의 2차 전지 제어 장치(100)의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
운전자 등 사용자는 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차와, 전기자전거, 전기스쿠터 등 전기 이륜차, 세그웨이 등의 자가제어 전기자동차, 또는 2인승 근거리 전기자동차 등의 차세대 친환경 자동차를 운전/운행 중, 그에 장착된 2차 전지(10)가 방전되어 더 이상 운전/운행이 불가능한 경우에, 긴급하게 급속 충전하기를 원할 수 있다.
이때 운전자 등 사용자는 소정의 스위치를 조작한 후, 충전 센터 또는 댁내의 충전기에 2차 전지(10) 단자들(+,1)을 연결하여 충전을 시도할 수 있다. 이때, 제어 로직부(120)의 충전 상태 제어부(210)는, 비상모드 신호를 발생시킬 수 있으며(S110), 이에 따라 스위칭 제어 IC(110)를 제어하여 대용량 커패시터(30)에 연결된 셀선택 스위치들(20) 중의 해당 하나 이상의 스위치를 온시켜서, 충전 시 단자들(+,-)을 통하여 2차 전지(10)에 공급되는 충전 전류로 대용량 커패시터(30)를 먼저 충전하도록 제어할 수 있다(S120). 대용량 커패시터(30)는 전지셀들(11)에 비하여 급속 충전이 가능하며, 충전 상태 제어부(210)의 제어에 따라 대용량 커패시터(30)가 급속히 소정의 완충 레벨까지 충전되면, 차세대 친환경 자동차 바퀴 등 부하를 구동할 수 있는 상태가 된다(S130).
따라서, 대용량 커패시터(30)가 소정의 완충 레벨까지 충전이 완료되면, 차세대 친환경 자동차 바퀴 등 부하를 구동하면서, 부하 구동 중 대용량 커패시터(30)에 충전된 전력으로 2차 전지(10)의 전지셀들(11)을 충전하여, 남는 전력이 대용량 커패시터(30)에서 방전되어 없어지지 않도록 하고 2차 전지(10)의 느린 충전 속도를 보완하여 부하가 구동될 수 있도록 할 수 있다(S140).
이와 같이 대용량 커패시터(30)에 충전된 전력으로 2차 전지(10)의 전지셀들(11)을 충전하기 위하여, 이때 PWM 제어부(220)는 대용량 커패시터(30)의 전력에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 2차 전지(10)의 전지셀들(11)을 충전하게 된다. 스위칭 소자들에 대한 PWM 제어를 이용하여 전지셀들(11) 등 에너지 저장장치에 DC(Direct Current) 전압을 충전하는 방식은 잘 알려져 있으므로 여기서 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차세대 친환경 자동차용 2차 전지 제어 장치(100)에 따르면, 대전력 FET 대신 스위칭 제어 IC(110)의 IC 회로를 이용하여 전지셀들(11)에 공급되는 전류를 제어함으로써, 대전력 FET에 의한 발열 원인을 제거해 전지셀들(11)의 전압 균일성을 향상시키고 2차 전지(10)의 수명 단축의 원인을 제거할 수 있으며 전지셀들(11)을 이용하여 높은 C 레이트(방전율)(예, 5C, 10C 등)까지 구동하여도 싸이클 수명을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 스위칭 제어 IC(110)를 이용한 정확한 데이터 처리와 전지셀들에 대한 정확한 상태 예측이 가능하므로, 출력 특성이 다른 전지셀들(11)을 사용 가능하게 하여 고장난 전지셀 일부의 교체만 가능하도록 할 수 있다. 그리고, 전지셀(11) 이외에 UC(Ultra Capacitor)의 긴급 충전으로 차세대 친환경 자동차의 빠른 구동이 가능하므로 이와 같은 UC(Ultra Capacitor)의 사용으로 생산 단가의 감소와 2차 전지(10)의 수명 연장의 효과도 기대할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
2차 전지(10)
전지셀(11)
셀선택 스위치들(20)
대용량 커패시터(Ultra Capacitor)(30)
스위칭 제어 IC(110)
제어 로직부(120)
충전 상태 제어부(210)
PWM 제어부(220)
셀상태 검출부(230)
보호회로 모듈(240)
정전압부(250)

Claims (6)

  1. 복수의 전지셀들을 포함하는 2차 전지의 상기 전지셀들에 연결된 셀선택 스위치들의 온오프를 제어하기 위하여, IC(Integrated Circuit) 칩 형태로 제작된 스위칭 제어 IC; 및
    스위칭 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭 제어 IC가 상기 셀선택 스위치들을 온오프하도록 제어하고, 상기 셀선택 스위치들을 통해 연결되는 상기 전지셀들의 전압 상태를 진단하고, 진단 결과에 따라 상기 전지셀들의 전압 밸런스를 유지시키기 위한 상기 2차 전지의 충방전 전류의 제어를 수행하고, 상기 2차 전지의 과충전, 과방전, 및 단락 시의 보호 제어를 수행하는 제어 로직부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 로직부는,
    상기 셀선택 스위치들의 온오프를 제어하여 상기 전지셀들의 전압 상태를 진단한 결과에 따라 제어신호를 생성하는 충전 상태 제어부;
    상기 제어신호에 따라 상기 전지셀들의 전압 밸런스를 유지시키기 위한 상기 2차 전지의 충방전 전류의 제어를 수행하는 보호회로 모듈; 및
    상기 충전 상태 제어부가 상기 전지셀들의 전압 상태를 진단하는 동안, 상기 2차 전지의 과충전, 과방전, 및 단락 상태를 검출하는 셀상태 검출부를 포함하고,
    상기 보호회로 모듈은, 상기 셀상태 검출부의 상기 과충전이나 상기 과방전 검출에 따라 충방전 전류의 제한, 또는 상기 셀상태 검출부의 상기 단락 상태의 검출에 따라 상기 2차 전지의 동작이 정지되도록 제어하여 상기 2차 전지를 보호하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀선택 스위치들 중 하나 이상의 스위치와 연결된 대용량 커패시터를 더 이용하고,
    상기 제어 로직부는, 입력된 비상모드 신호에 따라 상기 스위칭 제어 IC를 제어하여 상기 대용량 커패시터에 연결된 상기 하나 이상의 스위치를 온시켜서 상기 2차 전지의 두 단자로 공급되는 충전 전류로 상기 대용량 커패시터를 먼저 충전하되, 소정의 완충 레벨까지 상기 대용량 커패시터를 충전하여 부하를 구동하면서 상기 대용량 커패시터에 충전된 전력으로 상기 2차 전지의 전지셀들을 충전하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 로직부는,
    상기 대용량 커패시터의 전력에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 상기 2차 전지의 전지셀들을 충전하기 위한 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 로직부는,
    LDO(Low Drop Out) 소자 또는 정전압 레귤레이터를 이용하여 상기 2차 전지에 공급되는 충전 전압의 정전압을 유지하는 정전압부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2차 전지 제어 장치는, 플러그인 하이브리드 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자전거, 전기 이륜차, 자가제어 전기자동차, 또는 2인승 근거리 전기자동차를 포함하는 차세대 친환경 자동차에 적용을 위한 것을 특징으로 하는 2차 전지 제어 장치.
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