KR20170002298A - 배터리 보호 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 보호 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치는, 양극 단자 및 음극 단자를 구비하는 포트; 배터리 팩의 프리차징을 위한 충전용 모스펫을 포함하고, 배터리 팩의 양극과 상기 양극 단자 사이에 연결되는 스위칭부; 상기 스위칭부에 병렬 연결되는 컨택터; 상기 스위칭부 및 상기 컨택터 중 적어도 하나를 통해 상기 배터리 팩으로 공급되는 충전 전류의 크기에 대응하는 신호를 출력하는 전류 검출부; 및 상기 배터리 팩의 양극과 음극 사이에 인가되는 제1 전압, 상기 양극 단자와 음극 단자 사이에 인가되는 제2 전압 및 상기 충전 전류를 기초로, 충전 모드, 충전 차단 모드 및 과전류 점검 모드 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 모드에 따라 상기 충전용 모스펫 및 상기 컨택터의 스위칭 동작을 개별적으로 제어하는 제어부;를 포함한다. 상기 제어부에 의해 상기 충전용 모스펫 및 상기 컨택터 중 적어도 하나가 턴온되는 경우, 상기 충전 전류의 공급을 위한 경로가 형성된다.

Description

배터리 보호 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING BATTERY}
본 발명은 배터리 보호 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충전 전류에 의한 발열을 억제하면서도 과전류로부터 배터리를 보호하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
ESS(Energy Storage System)는, 과잉생산된 전력을 일시적으로 저장하고, 저장된 전력을 외부로 공급해주는 장치이다. 이러한 ESS를 구현하는 데에 있어서 배터리 팩은 필수불가결한 구성 중 하나이다.
ESS에 있어서, 컨택터는 배터리 팩과 외부 계통 사이에 설치된다. 이러한 컨택터는 상위의 제어 장치에 의한 스위칭 동작을 통해, ESS에 구비된 제어용 회로나 외부 계통을 배터리 팩에 전기적으로 연결 또는 차단하는 핵심 부품이다.
한편, ESS가 설치 및 운용되는 외부의 환경이나 내부적인 동작 오류로부터 기인한 다양한 원인으로 인해, 서지 전압이 발생할 수 있다. 이러한 서지 전압은 과전압 및 과전류를 일으키며, 결과적으로 컨택터, 배터리 팩 및 부하에 손상을 야기할 수 있다.
하지만, 종래에는 컨택터 및 이와 연결된 배터리 팩과 제어용 회로의 상태가 정상적인지를 판정하는 기능이 탑재되지 않았다. 따라서, ESS의 운용 중에 일어날 수 있는 상기의 문제점을 컨택터 외의 다른 하드웨어적인 구성(예, 퓨즈)을 이용하여 방지할 수 밖에 없었다.
예를 들어, 충전이 개시된 시점에, 배터리 팩의 전압 또는 온도가 낮은 경우, 과전류의 유입을 억제하기 위해, 충전 초기에 해당하는 일정 시간 동안은 상대적으로 낮은 전류로 배터리 팩을 충전하는 프리-차지 방식이 종래기술로서 개시된바 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 충방전 회로를 보여준다.
도 1을 참조하면, 충방전 회로(1)는 충전용 컨택터(1a), 방전용 컨택터(1b), 프리차지 컨택터(1c), 프리차지 저항(R), 제1 다이오드(DC), 제2 다이오드(DD), 전류 센서(2) 및 퓨즈(3)를 포함한다. 제1 다이오드(DC)는 충전 전류의 방향과는 반대되도록 충전용 컨택터(1a)에 병렬 연결된다. 제2 다이오드(DD)는 방전 전류의 방향과는 반대되도록 방전용 컨택터(1b)에 병렬 연결된다.
여기서, 제1 다이오드(DC)는 배터리 팩으로부터 방전 전류가 흐르는지 판단하기 위한 것으로서, 충전 전류에 대해 역방향으로 설치된다. 또한, 제2 다이오드(DD)는 충전 모드에서 배터리 팩의 방전을 막기 위한 것으로서, 충전 전류에 대하여 순방향으로 설치된다. 배터리 팩이 충전되는 동안에는 제2 다이오드(DD)를 거쳐 충전 전류가 흐르게 되고, 배터리 팩이 방전되는 동안에 제1 다이오드(DC)를 거쳐 방전 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 배터리 팩이 충전 중인지 아니면 방전 중인지 구별이 가능하다. 또한, 충전 전류와는 반대 방향으로 전류가 흐르거나, 방전 전류와는 반대 방향으로 전류가 흐르는 것을 방지한다.
배터리 팩에 대한 충전이 개시되기 전인 대기 상태에서는, 충전용 컨택터(1a) 및 방전용 컨택터(1b) 중 충전용 컨택터(1a)만의 접점을 닫아 충전을 대기한다. 배터리 팩에는 상호 간에 직렬 또는 병렬 연결되는 복수의 배터리 셀들이 포함되는데, 이들의 충방전 동작을 관리하는 BMS(Battery Management System) 또는 주변장치들에 의해 배터리 팩은 시간에 따라 미소하게 방전되므로, 방전용 컨택터(1b)의 접점을 열어, 배터리 팩의 불필요한 전력 손실을 저감할 수 있다.
상기 대기 상태에서 양극 단자와 음극 단자에 충전기가 연결 시, 프리차지 컨택터(1c)의 접점이 닫혀짐에 따라, 양극 단자의 전압은 프리차지 컨택터(1c) 및 프리차지 저항(R)을 통해 배터리 팩의 양극에 가해지고, 음극 단자의 전압은 퓨즈(3)와 전류 센서(2)를 통해 배터리 팩의 음극에 가해져, 배터리 팩에 대한 프리 차징이 이루어진다. 프리 차징이 이루어지는 동안에는 프리차지 저항에 의해 전류가 제한되므로, 배터리 팩의 전압과 충전기가 공급하는 전압 간의 차이가 매우 클 때에 흐르게 되는 돌입 전류에 의한 퓨즈(3)의 용단 등을 방지할 수 있다.
프리 차징이 완료되면, 프리차지 컨택터(1c)의 접점은 개방되고 충전용 컨택터의 접점(1a)은 패쇄된다. 이에 따라, 충전 전류는 양극 단자, 제2 다이오드(DD) 및 충전용 컨택터(1a)를 통해 배터리 팩의 양극으로 공급된다.
그런데, 이러한 프리차지 과정은 불편할 뿐만 아니라, 배터리 팩에 대한 충전이 진행되는 동안, 충전 전류가 흐르게 되는 프리차지 저항(R)이 과열됨에 따른 문제가 야기될 수 있다. 예컨대, 프리차지 저항(R)로부터 발생하는 열은 불필요한 전력 소모에 기인한 것이므로, 충전 효율을 떨어뜨리고, 인접 설치된 회로 소자들의 노화를 가속화시킬 수 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전술한 종래기술에 따른 충방전 회로에 필수적이었던 프리차지 저항을 제거하면서도, 과전류, 과전압, 과충전 및 과방전 등으로부터 배터리를 보호할 수 있는 배터리 보호 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구구간에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 보호 장치는, 양극 단자 및 음극 단자를 구비하는 포트; 배터리 팩의 프리차징을 위한 충전용 모스펫을 포함하고, 배터리 팩의 양극과 상기 양극 단자 사이에 연결되는 스위칭부; 상기 스위칭부에 병렬 연결되는 컨택터; 상기 스위칭부 및 상기 컨택터 중 적어도 하나를 통해 상기 배터리 팩으로 공급되는 충전 전류의 크기에 대응하는 신호를 출력하는 전류 검출부; 및 상기 배터리 팩의 양극과 음극 사이에 인가되는 제1 전압, 상기 양극 단자와 음극 단자 사이에 인가되는 제2 전압 및 상기 충전 전류를 기초로, 충전 모드, 충전 차단 모드 및 과전류 점검 모드 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 모드에 따라 상기 충전용 모스펫 및 상기 컨택터의 스위칭 동작을 개별적으로 제어하는 제어부;를 포함한다. 상기 제어부에 의해 상기 충전용 모스펫 및 상기 컨택터 중 적어도 하나가 턴온되는 경우, 상기 충전 전류의 공급을 위한 경로가 형성된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 전압이 상기 제1 전압보다 큰 경우, 상기 충전 모드에 진입할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충전 모드에서, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압의 값에 기준값을 곱한 값보다 작은 경우, 상기 충전용 모스펫의 게이트에 0보다 큰 듀티비를 가지는 제1 PWM 신호를 인가하여 상기 충전용 모스펫을 턴온시키고, 상기 컨택터를 턴오프시키되, 상기 기준값은 0보다 크고 1보다 작은 값이다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충전 모드에서, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압의 값에 상기 기준값을 곱한 값보다 작은 경우, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압에 가까워질수록 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충전 모드에서, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압에 기준값을 곱한 값에 도달한 경우, 상기 컨택터를 턴온시킨 다음 상기 충전용 모스펫을 턴오프시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충전 모드에서, 상기 충전 전류가 과전류의 발생 여부를 판정하기 위해 미리 정해진 차단 전류에 도달하면, 상기 충전 모드로부터 상기 충전 차단 모드로 전환할 수 있다. 상기 충전 차단 모드에서, 상기 충전 전류를 차단하기 위해, 상기 컨택터를 턴오프시킨 다음 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 0%로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충전 차단 모드에 의해 상기 컨택터 및 상기 충전용 모스펫이 모두 턴오프되면 상기 과전류 점검 모드에 진입할 수 있다. 상기 과전류 점검 모드에서, 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 100%까지 점차적으로 증가시키면서 상기 충전 전류가 상기 차단 전류에 다시 도달하는지 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 과전류 점검 모드에서, 상기 제1 PWM 신호의 듀티비가 100%에 도달하기 전에 는 상기 충전 전류가 상기 차단 전류에 다시 도달하면, 비일시적인 과전류가 발생 중인 것으로 판정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 비일시적인 과전류가 발생 중인 것으로 판정된 경우, 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 0%로 설정하고, 상기 컨택터의 턴온을 금지할 수 있다.
또한, 상기 전류 검출부는, 상기 배터리 팩의 음극과 상기 음극 단자 사이에 연결될 수 있다.
또한, 소정의 인덕턴스를 가지고, 상기 배터리 팩의 양극과 상기 충전용 모스펫 사이에 연결되어, 상기 배터리 팩의 커패시턴스와의 전기적인 결합에 의한 평활 회로를 형성하는 초크 코일;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는, 상기 충전용 모스펫에 직렬 연결되는 방전용 모스펫;을 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따는 배터리 보호 장치는, 기존에 여러 개로 나누어져 있던 부품을 단일 모듈의 형태로 구현함으로써, 배터리의 보호 기능과 관련된 동작의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 충전 전류를 조절하기 설치되는 모스펫을 PWM 방식으로 제어하여, 배터리에 대한 안정적인 프리차징을 수행함으로써, 프리차지 저항에 의한 발열과 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 컨택터와 모스펫들을 독립적으로 제어하여, 배터리로 과전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 과전류가 감지된 경우, PWM 방식을 이용하여 MOSFET을 통해 흐르는 충전 전류를 조절함으로써, 과전류의 지속성을 체크할 수 있다.
또한, 배터리 상태(예, 전압, 전류, 전력), 컨택터 상태 등과 관련된 정보를 통신 접속된 외부 장치에 제공하여, 배터리에 대한 신속하고 정확한 충방전이 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구구간의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 종래 기술에 따른 충방전 회로를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치가 배터리 팩을 충전하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치가 배터리 팩의 충전을 차단하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치가 과전류의 지속 여부를 점검하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
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. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치(100)의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 배터리 보호 장치(100)는 포트(110), 스위칭부(120), 컨택터(130), 전류 검출부(140), 초크 코일(150), 퓨즈(160) 및 제어부(170)를 포함한다. 이러한 배터리 보호 장치(100)에 포함되는 모든 구성요소들은 단일의 모듈 형태로 제작될 수 있다.
포트(110)는 양극 단자(112) 및 음극 단자(114)를 포함하며, 충전기나 전기 부하 등과 같은 외부 장치(20)와 배터리 보호 장치(100) 간의 전기적 접속을 위한 것이다. 포트(110)는 외부 장치(20)와의 데이터 송수신을 위한 통신 단자(116)를 더 포함할 수 있다. 통신 단자(116)는 외부 장치(20)로 배터리 팩(10)의 상태(예, 전압, 전류, 온도, 충전량)나 스위칭부(120)의 상태 등에 대한 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 통신 단자(116)는 외부 장치(20)로부터 송신되는 제어 신호나 데이터를 수신할 수 있다.
스위칭부(120)는 배터리 팩(10)과 외부 장치(20) 사이에 마련되는 충방전 경로 상에 설치된다.
구체적으로, 스위칭부(120)는 충전용 스위치(121) 및 방전용 스위치(122)를 포함한다. 충전용 스위치(121)는 충전용 모스펫(121a) 및 제1 기생 다이오드(121b)를 포함한다. 또한, 방전용 스위치(122)는 방전용 모스펫(122a) 및 제2 기생 다이오드(122b)를 포함한다.
충전용 모스펫(121a)과 방전용 모스펫(122a)은 배터리 팩(10)의 양극(12)과 포트(110)의 양극 단자(112) 사이에 전기적으로 직렬 연결된다. 제1 기생 다이오드(121b)는 충전용 모스펫(121a)에 전기적으로 병렬 연결되고, 제2 기생 다이오드(122b)는 방전용 모스펫(122a)에 전기적으로 병렬 연결된다.
충전용 모스펫(121a) 및 방전용 모스펫(122a)은 n채널 MOSFET일 수 있다. 이 경우, 충전용 모스펫(121a)의 소스는 배터리 팩(10)의 양극(12)에 연결되고, 충전용 모스펫(121a)의 드레인은 방전용 모스펫(122a)의 드레인과 연결될 수 있다. 또한, 방전용 모스펫(122a)의 소스는 양극 단자(112)에 연결될 수 있다. 충전용 모스펫(121a)의 게이트에 인가되는 신호 PWM1에 의해, 충전용 모스펫(121a)의 스위칭 동작이 이루어진다. 또한, 방전용 모스펫(122a)의 게이트에 인가되는 신호 PWM2에 의해, 방전용 모스펫(122a)의 스위칭 동작이 이루어진다.
충전용 모스펫(121a)의 스위칭 동작에 의해 배터리 팩(10)으로 공급되는 충전 전류가 조절된다. 또한, 방전용 모스펫(122a)의 스위칭 동작에 의해 배터리 팩(10)이 공급하는 방전 전류가 조절된다.
이때, 제1 기생 다이오드(121b)는 충전 전류의 방향과는 반대되는 방향으로 연결되고, 제2 기생 다이오드(122b)는 충전 전류의 방향과 동일한 방향으로 연결된다. 이때, 충전 전류는 배터리 팩(10)의 양극(12)으로부터 음극(14)으로 흐르게 되는 전류이고, 방전 전류는 배터리 팩(10)의 음극(14)으로부터 양극(12)으로 흐르게 되는 전류라는 것은 당업자에게 자명하다. 배터리 팩(10)이 충전되는 동안, 제2 기생 다이오드(122b)에 의해 방전 전류의 흐름이 차단된다. 이와 유사하게, 배터리 팩(10)이 방전되는 동안, 제1 기생 다이오드(121b)에 의해 충전 전류의 흐름이 차단된다.
도 2에는 충전용 스위치(121)가 방전용 스위치(122)보다 배터리 팩(10)에 인접하게 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 이와 반대로 방전용 스위치(122)가 배터리 팩(10)에 더 인접하게 설치되는 것도 무방하다.
초크 코일(150)은 스위칭부(120)와 배터리 팩(10)의 양극(12) 사이에 연결될 수 있다. 초크 코일(150)의 인덕턴스는 배터리 팩(10)의 사양 등에 따라 미리 정해질 수 있다. 초크 코일(150)이 배터리 팩(10)의 양극(12)과 전기적으로 연결되는 경우, 초크 코일(150)의 인덕턴스와 배터리 팩(10)의 커패시턴스가 전기적인 결합하여 평활 회로를 형성하게 된다. 평활 회로에 의해, 배터리 팩(10)으로 유입되는 펄스 형태의 충전 전류에 대한 평활화가 이루어지게 된다.
컨택터(130)는 스위칭부(120)에 전기적으로 병렬 연결된다. 즉, 컨택터(130)의 일단은 배터리 팩(10)의 양극(12)에 연결되고, 컨택터(130)의 타단은 양극 단자(112)에 연결될 수 있다. 컨택터(130)는 코일(132) 및 접점(134)을 포함한다. 접점(134)과 음극(14) 사이에는 메인 스위치(136)가 연결될 수 있다. 메인 스위치(136)는 상호 병렬 연결되는 메인 모스펫(136a) 및 제3 기생 다이오드(136b)를 포함할 수 있다.
메인 모스펫(136a)은 제어부(170)로부터 인가되는 제어 신호 S에 따라, 컨택터(130)를 턴온 또는 턴오프한다. 메인 모스펫(136a)은 컨택터(130)와는 별개로 구비되는 것이거나, 컨택터(130)에 포함되는 것일 수 있다.
메인 모스펫(136a)은 충전용 모스펫(121a) 및 방전용 모스펫(122a)과 마찬가지로 n채널 MOSFET일 수 있는데, 이 경우 메인 모스펫(136a)의 소스는 배터리의 음극(14)과 연결되고, 드레인은 코일(132)에 연결될 수 있다. 메인 모스펫(136a)의 게이트에 인가되는 제어 신호 S에 따라, 메인 모스펫(136a)은 턴온 또는 턴오프된다.
메인 모스펫(136a)의 턴온에 의해 코일(132)에 전류가 흐르는 경우, 접점(134)은 폐쇄된다. 즉, 배터리 팩(10)의 양극(12)과 양극 단자(112)는 컨택터(130)의 폐쇄된 접점(134)을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 반대로, 메인 모스펫(136a)가 턴오프되면, 코일(132)에 전류가 흐르지 않아 접점(134)은 개방되므로, 양극(12)과 양극 단자(112)은 전기적으로 분리된다.
충전용 모스펫(121a) 및 컨택터(130) 중 적어도 하나가 턴온되는 경우, 배터리 팩(10)에 대한 충전 전류의 공급을 위한 경로가 형성된다.
전류 검출부(140)와 퓨즈(160)는 배터리 팩(10)과 외부 장치(20) 사이에 마련되는 충방전 경로 상에 설치된다. 예컨대, 전류 검출부(140)와 퓨즈(160)는 배터리 팩(10)의 음극(14)과 음극 단자(114) 사이에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
전류 검출부(140)는 소정의 저항값을 가지는 션트 저항을 포함한다. 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 경우, 션트 저항의 양단에 전압이 인가된다. 전류 검출부(140)는 션트 저항의 양단에 인가된 전압에 대응하는 신호를 제어부(170)로 전송할 수 있다. 제어부(170)는 전류 검출부(140)로부터 제공되는 신호를 기초로, 충전 전류 또는 방전 전류를 측정할 수 있다.
퓨즈(160)는 고유의 임계전류값을 가진다. 임계전류값을 초과하는 충전 전류나 방전 전류가 흐르는 경우 퓨즈(160)는 용단되고, 이에 따라 배터리 팩(10) 및 이와 연결된 전기적 부품들을 보호할 수 있다.
제어부(170)는 배터리 팩(10)의 양극(12)과 음극(14)에 각각 전기적으로 연결된다. 또한, 제어부(170)는 포트(100)에 포함된 단자들(112, 114, 116)에 전기적으로 연결된다. 또한, 제어부(170)는 충전용 모스펫(121a)의 게이트, 방전용 모스펫(122a)의 게이트 및 메인 모스펫(136a)의 게이트에 각각 전기적으로 연결된다. 또한, 제어부(170)는 전류 검출부(140)에 전기적으로 연결된다. 또한, 제어부(170)는 양극 단자(112) 및 음극 단자(114)에 각각 전기적으로 연결된다.
제어부(170)는 제1 전압 V1 및 제2 전압 V2을 측정할 수 있다. 제1 전압 V1은 배터리 팩(10)의 양극(12)과 음극(14) 사이의 전압이다. 또한, 제2 전압 V2은 양극 단자(112)와 음극 단자(114) 사이의 전압이다.
제어부(170)는 제1 전압 V1과 제2 전압 V2을 비교하여, 스위칭부(120)를 제어할 수 있다. 제어부(170)는 포트(110)에 외부 장치(20)가 접속된 상태에서, 제2 전압 V2이 제1 전압 V1보다 큰 경우에는 배터리 팩(10)이 충전 중인 것으로 판정하고, 그 반대의 경우에는 배터리 팩(10)이 방전 중인 것으로 판정할 수 있다.
또는, 제어부(170)는 전류 검출부(140)부터 전송되는 신호 ID를 기초로, 배터리 팩(10)에 흐르는 전류의 값을 측정할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 전류 검출부(140)부터 전송되는 신호를 기초로, 배터리 팩(10)이 충전 중인지 아니면 방전 중인지 판단할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 측정된 전류값 ID이 미리 정해진 한계 전류 IL를 초과하는 경우, 배터리 팩(10)을 과전류로부터 보호하기 위한 동작들을 동시에 또는 순차적으로 실행할 수 있다.
제어부(170)는 제1 전압 V1, 제2 전압 V2 또는 충전 전류 ID를 기초로, 충전 모드, 충전 차단 모드 및 과전류 점검 모드 중 적어도 하나를 선택할 수 있다. 충전 모드는 충전 차단 모드 또는 과전류 점검 모드와는 동시에 수행되지 않는다. 충전 차단 모드와 과전류 점검 모드는 동시에 수행될 수 있다. 제어부(170)는 선택된 모드에 따라 충전용 모스펫(121a) 및 컨택터(130)의 스위칭 동작을 개별적으로 제어할 수 있다. 각각의 모드에서 충전용 모스펫(121a) 및 컨택터(130)의 스위칭 동작을 어떻게 제어할 것인지를 정의하는 규칙에 대응하는 데이터는 제어부(170)와 통신 가능하도록 결합된 메모리에 미리 저장될 수 있다.
충전용 모스펫(121a), 방전용 모스펫(122a) 및 메인 모스펫(136a) 각각의 게이트로 인가되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티비를 개별적으로 제어할 수 있다. 이하에서는, 충전용 모스펫(121a)의 게이트에 인가되는 신호는 제1 PWM 신호 PWM1, 방전용 모스펫(122a)의 게이트에 인가되는 신호는 제2 PWM 신호 PWM2, 메인 모스펫(136a)의 게이트에 인가되는 신호는 제3 PWM 신호 PWM3라고 칭하기로 한다.
제어부(170)는 포트(110)에 외부 장치(20)가 접속되는 않은 경우, 대기 모드에서 동작할 수 있다. 대기 모드에서, 컨택터(130)의 접점(134)은 개방된 상태를 유지한다. 또한, 제어부(170)는 포트(110)에 외부 장치(20)가 접속된 경우, 충전 모드 또는 방전 모드에서 동작할 수 있다.
제어부(170)는 충전 모드로 동작하기 위해서는 제2 전압 V2이 제1 전압 V1보다 클 것이 요구된다. 충전 모드에서, 제어부(170)는 제1 전압 V1과 제2 전압 V2의 차이에 따라, 스위칭부(120) 및 컨택터(130)를 제어할 수 있다. 스위칭부(120)의 양단에 인가되는 전압을 VFET라고 하면, VFET V2-V1가 된다. 스위칭부를 통해 흐르는 전류를 A라고 하고, 스위칭부(120)의 내부 저항값을 RCD라고 하면, VFET = AХRCD가 된다. 이때, RCD는 고정되거나 무시할 수 있을 정도로만 변화하는 값이므로, 제1 전압 V1과 제2 전압 V2의 차이가 커질수록 I 역시 증가한다. 이러한 A의 값은, 컨택터(130)가 턴오프된 상태에서 전류 검출부(140)로부터 제공되는 신호를 기초로, 제어부(170)에 의해 측정될 수 있다. 물론, 전류 검출부(140)는 A의 값을 직접 측정한 후 제어부(170)에 제공할 수도 있다.
제어부(170)는 배터리 팩(10)의 전압이 안정화되기 전까지는, 컨택터(130)를 턴오프한 상태로, 충전용 스위치(121)를 제어하여, 배터리 팩(10)을 충전한다. 이후, 배터리 팩(10)의 전압이 안정화된 시점부터는, 컨택터(130)를 턴온하여 배터리 팩(10)을 충전한다.
이때, 배터리 팩(10)의 전압이 안정화된다는 것은, 제1 전압 V1과 제2 전압 V2이 차이가 돌입 전류를 유발하지 않을 정도로 감소되는 것을 의미한다. 제어부(170)는 제1 전압 V1의 값이 제2 전압 V2의 값에 기준값과 같거나 더 큰 경우, 배터리 팩(10)의 전압이 안정화된 상태인 것으로 판단한다.
반대로, 제어부(170)는 제1 전압 V1의 값이 제2 전압 V2의 값에 기준값을 곱한 값보다 작은 경우, 배터리 팩(10)의 전압이 아직 안정화되지 않은 것으로 판단한다. 이에, 제어부(170)는 충전용 모스펫(121a)의 게이트에 0보다 큰 듀티비를 가지는 제1 PWM 신호 PWM1를 인가하여 충전용 모스펫(121a)을 턴온시키는 한편, 컨택터(130)는 턴오프시킬 수 있다. 상기 기준값은 0과 1 사이가 되도록, 사전 실험을 통해 미리 정해진 값일 수 있다.
제2 전압 V2이 20V이고, 기준값이 0.9라고 가정해보자. 만약, 제1 전압 V1이 제2 전압 V2과 기준값의 곱인 18V보다 작다면, 제어부(170)는 충전 모드에 진입하되, 배터리 팩(10)의 전압이 안정화되지 않은 것으로 판단하여, 컨택터(130)를 턴오프시킨 상태로, 충전용 스위치(121)를 제어하여, 배터리 팩(10)을 충전한다.
제어부(170)는 충전 모드에서, 제1 전압 V1이 점차적으로 증가하여 제2 전압 V2에 다가갈수록 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다. 듀티비가 점차적으로 증가한다는 것은 제1 PWM 신호 PWM1의 펄스 폭이 넓어진다는 것을 의미한다. 제1 PWM 신호 PWM1의 펄스 폭이 넓어질수록 충전 전류도 증가하게 된다. 펄스 형태인 충전 전류는 전술한 평활 회로에 의해 평활화된 후 배터리 팩(10)에 공급된다.
다시 말해, 제어부(170)는 배터리 팩(10)의 전압이 안정화될 때까지 배터리 팩(10)으로 공급되는 충전 전류를 점차적으로 증가시키도록 충전용 모스펫(121a)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이렇게, 배터리 팩(10)의 전압이 안정화될 때까지의 충전 과정을 '프리차징'이라고 할 수 있다. 프리차징 동안, 제3 PWM 신호 PWM3의 듀티비는 0%이다. 즉, 컨택터(130)의 접점(134)은, 배터리 팩(10)의 프리차징이 완료되기 전에는 개방된 상태로 유지된다.
제어부(170)는 배터리 팩(10)프리차징이 완료되는지 즉, 배터리 팩(10)의 전압이 안정화 상태에 이르렀는지 모니터링할 수 있다. 위와 같은 가정 하에서, 제1 전압 V1이 18V에 도달한 시점부터 제어부(170)는 프리차징을 종료할 수 있다. 프리차징이 종료되면, 제어부(170)는 컨택터(130)를 턴온시킨 다음 충전용 모스펫(121a)을 턴오프시킬 수 있다. 즉, 제어부(170)는 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 0%으로 설정하고, 제3 PWM 신호 PWM3의 듀티비는 100%로 설정한다. 이에 따라, 충전용 스위치(121)을 통해 더 이상이 충전 전류가 흐르지 못한다. 대신, 컨택터(130)의 접점(134)이 폐쇄됨에 따라, 충전 전류는 컨택터(130)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라, 스위칭부(120)의 접점 저항에 의한 발열이 현저히 감소될 수 있다.
전술한 제어부(170)는 하드웨어적으로, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(170)는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(151)는 배터리 보호 장치의 전반적인 동작에 요구되는 각종 데이터들 및 명령어를 저장할 수 있다. 제어부(170)는 메모리에 저장된 데이터들 및 명령어를 참조하여, 스위칭부(120) 및 컨택터(130)의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력할 수 있다.
이러한 메모리(151)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치(100)가 배터리 팩을 충전하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 도 3에 도시된 그래프에서, 가로축은 시간이고, 세로축은 전류와 전압을 나타낸다. 설명의 편의를 위해, 과전류는 감지되지 않는 것으로 가정하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제어부(170)는 제1 기간 C1, 제2 기간 C2 및 제3 기간 C3 각각에 대해 충전용 모스펫(121a) 및 컨택터(130)를 개별적으로 제어할 수 있다.
< 제1 기간 C1 동안의 동작 >
우선, 제1 기간 C1은 충전이 개시된 시점인 t1부터 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 100%에 도달한 시점인 t2까지로 정의할 수 있다.
제어부(170)는 t1에서 컨택터(130)의 턴온을 명령하는 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 제1 기간 C1 동안 제3 PWM 신호 PWM3의 듀티비를 0%로 설정하여, 컨택터(130)를 턴오프시킬 수 있다. 이와 함게, 제어부(170)는 t1부터 t2로 갈수록, 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 0%부터 100%까지 점차적으로 증가시킬 수 있다. 이에 따라, t1부터 t2로 갈수록, 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1가 점차적으로 커지고, 제어부(170)에 의해 측정되는 제2 전압 V2도 점차적으로 커질 수 있다. 컨택터(130)는 턴오프된 상태이므로, I2는 0으로 유지된다.
< 제2 기간 C2 동안의 동작 >
제2 기간 C2은 t2부터 t3까지로 정의할 수 있다. t3은 프로차징의 완료 시점이다. 제어부(170)는 제2 기간 C2 동안 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 100%으로 유지할 수 있다. 제2 기간 C2 동안 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 100%로 유지됨에 따라, 제어부(170)에 의해 측정되는 제2 전압 V2도 소폭 상승하게 된다. 제1 기간 C1과 마찬가지로 컨택터(130)는 턴오프된 상태이므로, I2는 0으로 유지된다.
< 제3 기간 C3 동안의 동작 >
제3 기간 C3은 t3부터 t4까지로 정의할 수 있다. t3에서, t1에서 출력된 신호에 의한 컨택터(130)의 턴온이 개시된다. 즉, 컨택터(130)는 (t3-t1)만큼의 딜레이 후에 턴온될 수 있다. t4은 컨택터(130)의 턴온이 완료된 시점이다. 제어부(170)는 t3에서 제3 PWM 신호 PWM3의 듀티비를 100%로 설정한다. 또한, 제어부(170)는 t3로부터 t4로 다가갈수록, 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 점차적으로 감소시킨다. 이에 따라, 컨택터(130)를 통해 흐르는 전류 I2는 t3부터 t4까지 점차적으로 증가하는 반면, 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1는 점차적으로 감소하게 된다. 이때, 제어부(170)는 제3 PWM 신호 PWM3의 듀티비는 100%로 설정한 이후에 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 0%로 설정할 수 있다. 컨택터(130)가 턴온됨에 따라, 충전용 스위치(121)의 접점 저항이 감소하게 되므로, 접점 저항에 의한 발열을 상당 부분 억제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치(100)가 배터리 팩의 충전을 차단하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 도 4에 도시된 그래프에서, 가로축은 시간이고, 세로축은 전류와 전압을 나타낸다. 설명의 편의를 위해, 충전 차단 동작이 개시된 시점에, 컨택터(130)는 턴온된 상태이고, 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비는 0%인 것으로 가정한다. 도 4를 참조하면, 제어부(170)는 제1 기간 B1, 제2 기간 B2 및 제3 기간 B3 각각에 대해 충전용 모스펫(121a) 및 컨택터(130)를 개별적으로 제어할 수 있다.
< 제1 기간 B1 동안의 동작 >
우선, 제1 기간 B1은 과전류가 감지된 시점인 t11부터 컨택터(130)가 턴오프되는 시점인 t12까지로 정의될 수 있다. 과전류 점검 동작을 위해, 차단 전류가 미리 정해질 수 있다. 이때, 차단 전류는 과전류의 발생 여부를 판정하기 위한 것이다. 제어부(170)는 충전 전류 ID가 차단 전류에 도달하면, 충전 모드를 종료하고 충전 차단 모드를 개시할 수 있다. t11이 바로 충전 차단 모드가 개시되는 시점이다.
제어부(170)는 과전류에 해당하는 크기의 충전 전류를 적어도 일시적으로 차단하기 위해, 제1 기간 B1 동안 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 0%로 유지할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 t11에 컨택터(130)의 턴오프를 명령하는 신호를 출력할 수 있다. 즉, t11에서 제3 PWM 신호 PWM3의 듀티비를 0%으로 설정될 수 있다. 컨택터(130)는 (t12-t11)만큼의 딜레이를 거친 후인 t12에 턴오프될 수 있다.
< 제2 기간 B2 동안의 동작 >
제2 기간 B2은 t12부터 t13까지로 정의할 수 있다. t13은 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 100%에 도달한 시점이다. t12에 컨택터(130)가 턴오프되므로, 컨택터(130)를 통해 흐르는 충전 전류 I2는 t12부터 급격하게 줄어어 t13 전에 0A(ampere)가 된다. 반면, 제2 기간 B2 동안 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비는 100%를 향하여 점차적으로 증가하므로, 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1는 점차적으로 커진다. 이에 따라, 과전류가 컨택터(130)를 통해 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 컨택터(130)와 충전용 모스펫(121a)이 동시에 턴오프되지 않도록 함으로써, 배터리 팩(10)과 충전기 간의 전기적 연결이 갑자기 끊어짐으로 인해 스파크가 발생하는 현상을 완화할 수 있다.
< 제3 기간 B3 동안의 동작 >
제3 기간 B3은 t13부터 t14까지로 정의할 수 있다. t14은 t13 후에 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 0%에 최초로 도달한 시점이다. 제어부(170)는 t13부터 t14로 다가갈수록 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 점차적으로 감소시킬 수 있다. 이에 따라, t14로 갈수록 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1가 점차적으로 작아질 수 있다. t14 후에는 컨택터(130)와 충전용 모스펫(121a)이 모두 턴오프되므로, 과전류는 충전용 모스펫(121a)과 컨택터(130) 중 어느 것을 통해서도 더 이상 배터리 팩(10)으로 공급될 수 없다.
한편, 도 4에서와 같이 과전류 감지에 따라 충전이 중단된 경우, 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치(100)는 과전류의 지속성을 점검하는 동작을 개시할 수 있다. 점검 동작은, 감지된 과전류가 일시적인 것인지 아니면 비일시적인지를 판정하기 위한 동작이다. 이러한 점검 동작에 대하여, 이하 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호 장치(100)가 과전류의 지속 여부를 점검하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 도 5에 도시된 그래프에서, 가로축은 시간이고, 세로축은 전류를 나타낸다. 설명의 편의를 위해, 충전 차단 동작이 개시된 시점에, 컨택터(130)는 턴온된 상태이고, 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비는 100%인 것으로 가정한다.
도 5를 참조하면, 제어부(170)는 제1 기간 D1, 제2 기간 D2 및 제3 기간 D3 각각에 대해 충전용 모스펫(121a) 및 컨택터(130)를 개별적으로 제어할 수 있다.
< 제1 기간 D1 동안의 동작 >
우선, 제1 기간 D1은 과전류가 감지된 시점인 t21부터 충전 전류 ID가 완전히 차단되는 시점인 t22까지로 정의될 수 있다. 제어부(170)에 의해 과전류가 감지된다는 것은, 충전 전류 ID의 값이 미리 정해진 차단 전류 IL를 초과하는 것을 의미한다. 이때, ID는 전류 검출부(140)에 의해 측정되는 전류값으로서, 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1와 컨택터(130)를 통해 흐르는 충전 전류 I2의 합과 동일할 수 있다. 도 5의 제1 기간 D1은 도 4의 제1 내지 제3 기간 D3에 대응되는 것이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
< 제2 기간 D2 동안의 동작 >
제2 기간 D2은 t22부터 t23까지로 정의할 수 있다. 컨택터(130) 및 충전용 모스펫(121a)이 모두 턴오프되는 t22에, 제어부(170)는 과전류 점검 모드에 진입한다. 제어부(170)는 t22부터 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 100%를 향하여 점차적으로 증가시킨다. t22 후, 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1가 차단 전류 IL에 도달한 시점 또는 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 100%가 되는 시점 중 더 빠른 시점이 바로 t23이다.
만약, t21에서 감지된 과전류가 비일시적 즉, 계속하여 지속 중인 경우, 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 100%에 도달하기 전에 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1는 다시 차단 전류 IL까지 증가하게 될 것이다. 이 경우, 제어부(170)는 비일시적인 과전류가 발생 중인 것으로 판정할 수 있다.
반대로, t21에서 감지된 과전류가 순간적으로 발생한 후 사라지는 일시적인 경우, t21 이후에는 과전류가 더 이상 흐르지 않게될 것이므로, 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 100%에 도달할때까지 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1는 차단 전류 IL보다 작게 유지될 될 것이다.
< 제3 기간 D3 동안의 동작 >
제3 기간 D3은 t23부터 t24까지로 정의할 수 있다. 제어부(170)는 t23부터 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 0%를 향하여 점차적으로 감소시키는데, t24는 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 t23 후에 최초로 0%가 되는 시점이다.
< 제4 기간 D4 동안의 동작 >
제4 기간 D4은 t24부터 t25까지로 정의할 수 있다. 제어부(170)는 t24부터 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 100%를 향하여 점차적으로 증가시킨다. t24 후, 충전용 모스펫(121a)을 통해 흐르는 충전 전류 I1가 차단 전류 IL에 도달한 시점과 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 100%가 되는 시점 중 더 빠른 시점이 바로 t25이다.
< 제5 기간 D5 동안의 동작 >
제5 기간 D5은 t25부터 t26까지로 정의할 수 있다. 제어부(170)는 t25부터 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 0%를 향하여 점차적으로 감소시키는데, t26는 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비가 t25 후에 최초로 0%가 되는 시점이다.
만약, 제2 기간 D2 및 제4 기간 D4 중 적어도 하나에서 충전 전류 I1가 차단 전류 IL에 다시 도달하는 경우, 제어부(170)는 과전류가 비일시적인 것으로 판정하여, t26부터는 컨택터(130)의 턴온을 금지시킬 수 있다. 즉, 제어부(170)는 BMS(Battery Management System) 등으로부터 컨택터(130)에 대한 턴온 요청을 수신하더라도, 컨택터(130)를 턴오프 상태로 유지시킬 수 있다. 반면, 제2 기간 D2 및 제4 기간 D4에서 충전 전류 I1가 차단 전류 IL에 이르지 못한 경우, 제어부(170)는 과전류가 일시적이었던 것으로 판정하여, 컨택터(130)의 턴온을 허용할 수 있다.
구현예에 따라, 상기 제4 기간 D4 및 제5 구간은 생략될 수 있다. 즉, 제어부(170)는 t21에 과전류가 최초로 감지된 후, 제2 기간 D2 동안 충전 전류 I1가 차단 전류 IL에 다시 도달하는지 여부만을 기초로, 과전류가 일시적인 것인지 아니면 비일시적인 것인지 판정할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 배터리 보호 장치(100)는 과전류가 최초로 감지되면, 충전용 모스펫(121a)에 인가되는 제1 PWM 신호 PWM1의 듀티비를 0%에서 100%를 향해 증가시키는 동안 충전 전류 I1가 차단 전류 IL에 이르는지 여부를 한 번 또는 두번 이상 반복하여 체크할 수 있다. 만약, 과전류가 최초로 감지된 후, 충전 전류 I1가 차단 전류 IL에 다시 이르게 되면, 제어부(170)는 과전류가 비일시적인 것으로 판정할 수 있다. 과전류가 비일시적이라는 것은, 과전류의 발생 원인(예, 지락, 낙뢰)이 해소되지 않고 계속되는 상황을 의미할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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 특허청구구간의 균등구간 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 구간 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리 팩
20: 외부 장치
100: 배터리 보호 장치
110: 포트
120: 스위칭부
130: 컨택터
140: 전류 검출부
150: 초크 코일
160: 퓨즈
170: 제어부

Claims (12)

  1. 양극 단자 및 음극 단자를 구비하는 포트;
    배터리 팩의 프리차징을 위한 충전용 모스펫을 포함하고, 배터리 팩의 양극과 상기 양극 단자 사이에 연결되는 스위칭부;
    상기 스위칭부에 병렬 연결되는 컨택터;
    상기 스위칭부 및 상기 컨택터 중 적어도 하나를 통해 상기 배터리 팩으로 공급되는 충전 전류의 크기에 대응하는 신호를 출력하는 전류 검출부; 및
    상기 배터리 팩의 양극과 음극 사이에 인가되는 제1 전압, 상기 양극 단자와 음극 단자 사이에 인가되는 제2 전압 및 상기 충전 전류를 기초로, 충전 모드, 충전 차단 모드 및 과전류 점검 모드 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 모드에 따라 상기 충전용 모스펫 및 상기 컨택터의 스위칭 동작을 개별적으로 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 충전용 모스펫 및 상기 컨택터 중 적어도 하나가 턴온되는 경우, 상기 충전 전류의 공급을 위한 경로가 형성되는, 배터리 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 전압이 상기 제1 전압보다 큰 경우, 상기 충전 모드에 진입하는, 배터리 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 모드에서, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압의 값에 기준값을 곱한 값보다 작은 경우, 상기 충전용 모스펫의 게이트에 0보다 큰 듀티비를 가지는 제1 PWM 신호를 인가하여 상기 충전용 모스펫을 턴온시키고, 상기 컨택터를 턴오프시키되,
    상기 기준값은 0보다 크고 1보다 작은 값인, 배터리 보호 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 모드에서, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압의 값에 상기 기준값을 곱한 값보다 작은 경우, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압에 가까워질수록 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 점차적으로 증가시키는, 배터리 보호 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 모드에서, 상기 제1 전압이 상기 제2 전압에 기준값을 곱한 값에 도달한 경우, 상기 컨택터를 턴온시킨 다음 상기 충전용 모스펫을 턴오프시키는, 배터리 보호 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 모드에서, 상기 충전 전류가 과전류의 발생 여부를 판정하기 위해 미리 정해진 차단 전류에 도달하면, 상기 충전 모드로부터 상기 충전 차단 모드로 전환하고,
    상기 충전 차단 모드에서, 상기 충전 전류를 차단하기 위해, 상기 컨택터를 턴오프시킨 다음 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 0%로 설정하는, 배터리 보호 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 차단 모드에 의해 상기 컨택터 및 상기 충전용 모스펫이 모두 턴오프되면 과전류 점검 모드에 진입하고,
    상기 과전류 점검 모드에서, 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 100%까지 점차적으로 증가시키면서 상기 충전 전류가 상기 차단 전류에 다시 도달하는지 모니터링하는, 배터리 보호 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전류 점검 모드에서, 상기 제1 PWM 신호의 듀티비가 100%에 도달하기 전에 는 상기 충전 전류가 상기 차단 전류에 다시 도달하면, 비일시적인 과전류가 발생 중인 것으로 판정하는, 배터리 보호 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    비일시적인 과전류가 발생 중인 것으로 판정된 경우, 상기 제1 PWM 신호의 듀티비를 0%로 설정하고, 상기 컨택터의 턴온을 금지하는, 배터리 보호 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전류 검출부는,
    상기 배터리 팩의 음극과 상기 음극 단자 사이에 연결되는, 배터리 보호 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    소정의 인덕턴스를 가지고, 상기 배터리 팩의 양극과 상기 충전용 모스펫 사이에 연결되어, 상기 배터리 팩의 커패시턴스와의 전기적인 결합에 의한 평활 회로를 형성하는 초크 코일;
    을 더 포함하는, 배터리 보호 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 충전용 모스펫에 직렬 연결되는 방전용 모스펫;
    을 더 포함하는, 배터리 보호 장치.
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