KR20170004674A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거 Download PDF

Info

Publication number
KR20170004674A
KR20170004674A KR1020150095358A KR20150095358A KR20170004674A KR 20170004674 A KR20170004674 A KR 20170004674A KR 1020150095358 A KR1020150095358 A KR 1020150095358A KR 20150095358 A KR20150095358 A KR 20150095358A KR 20170004674 A KR20170004674 A KR 20170004674A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
bms
tilt
threshold value
battery pack
Prior art date
Application number
KR1020150095358A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102391117B1 (ko
Inventor
서영동
오서택
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020150095358A priority Critical patent/KR102391117B1/ko
Priority to US15/194,606 priority patent/US10158237B2/en
Priority to CN201610515746.5A priority patent/CN106329012B/zh
Publication of KR20170004674A publication Critical patent/KR20170004674A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102391117B1 publication Critical patent/KR102391117B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H01M2/1077—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/80—Accessories, e.g. power sources; Arrangements thereof
    • B62M6/90—Batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/448—End of discharge regulating measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304—Overcurrent protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309—Overheat or overtemperature protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/12—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

다양한 실시예들에 따른 배터리 팩이 제공된다. 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하고, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 BMS, 상기 BMS의 제어신호에 대응하여 작동하는 충전 스위치 및 방전 스위치 및 기울기 센서를 포함하고, 상기 BMS는 상기 기울기 센서에서 감지된 기울기 정보를 이용하여 기울기 변동량을 측정하고, 상기 기울기 변동량이 미리 설정한 일정시간 동안 제1 임계값 이내이면 상기 방전 스위치를 턴-오프시킨다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거 {The battery pack and electric bikes including the same}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기울기 센서를 통하여 배터리 팩의 방전 전류가 불필요한 경우 상기 방전 전류가 차단되는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 이차 전지(rechargeable battery)는 셀룰러 폰(cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행되고 있다. 이차 전지는 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하며, 배터리 팩의 외부 단자를 통해 충전과 방전이 이루어진다. 종래의 배터리 팩은 크게 배터리 셀과, 충방전 회로를 포함하는 주변회로를 포함하여 이루어지며, 이 주변회로는 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리 셀과 결합된다. 상기 배터리 팩의 외부 단자를 통해 외부 전원이 연결되면, 외부 단자와 충방전 회로를 통해 공급되는 외부 전원에 의해 배터리 셀이 충전되며, 외부 단자를 통해 부하(load)가 연결되면, 배터리 셀의 전원이 충방전 회로와 외부 단자를 통해 부하에 공급되는 동작이 일어난다. 이때, 충방전 회로는 외부 단자와 배터리 셀 사이에서 배터리 셀의 충방전을 제어한다.
한편, 이차 전지를 이용한 전기 자전거가 널리 보급되고 있다. 전기 자전거는 전기 에너지를 이용하여 동력을 제공하여, 사용자의 부담을 덜어줄 수 있다. 전기 자전거는 친환경 운행수단으로 주목받고 있다.
다만, 전기 자전거를 사용되지 않는 경우에도 배터리 팩의 방전 전류가 전기 자전거에 지속적으로 흐르는 문제점이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 배터리 팩 또는 배터리 팩이 장착된 전기 자전거의 기울기를 감지하고, 감지된 기울기를 통해 배터리 팩 또는 배터리 팩이 장착된 전기 자전거가 정지상태에 있는 것으로 판단되면, 배터리 팩의 방전 전류를 차단하여, 배터리 팩의 안전성 및 효율성을 개선하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하고 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 BMS, 상기 BMS의 제어신호에 대응하여 작동하는 충전 스위치 및 방전 스위치 및 기울기 센서를 포함한다. 상기 BMS는 상기 기울기 센서에서 감지된 기울기 정보를 이용하여 기울기 변동량을 측정하고, 상기 기울기 변동량이 미리 설정한 일정시간 동안 제1 임계값 이내이면 상기 방전 스위치를 턴-오프시킨다.
상기 배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 BMS는, 상기 일정시간 동안 상기 기울기 변동량이 상기 제1 임계값 이내이고, 상기 일정시간 동안 상기 배터리의 방전 전류가 제2 임계값 이하로 유지되면, 상기 방전 스위치를 턴-오프시킨다.
상기 배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 BMS는, 상기 방전 스위치가 턴-오프 된 이후, 상기 제1 임계값을 초과하는 기울기 변화를 감지하면 상기 방전 스위치를 턴-온시킨다.
상기 배터리 팩의 일 예에 따르면, 배터리 팩은 충격감지 센서를 더 포함하고, 상기 BMS는 상기 충격감지 센서에서 감지된 충격량이 제3 임계값을 초과하면 상기 방전 스위치를 턴-오프시킨다.
상기 배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 BMS는, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 기울기 센서를 턴-오프시키고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값 이하이면 상기 기울기 센서를 턴-온시킨다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하고 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 BMS, 상기 BMS의 제어신호에 대응하여 작동하는 충전 스위치 및 방전 스위치 및 기울기 센서를 포함한다. 상기 BMS는, 미리 설정한 제1 시간 동안 상기 기울기 센서에서 측정된 기울기의 변동량이 제1 임계값 이내로 유지되면, 상기 일정시간 동안의 상기 배터리의 방전 전류의 평균값을 제2 임계값으로 설정하고, 상기 기울기 센서에서 측정되는 기울기의 변동량이 미리 설정한 제2 시간 동안 상기 제1 임계값 이내이고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 시간 동안 상기 제2 임계값 이하로 유지되면 상기 방전 스위치를 턴-오프시킨다.
상기 배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 BMS는, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 기울기 센서를 턴-오프시키고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값 이하이면 상기 기울기 센서를 턴-온시킨다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기 자전거는, 전기 에너지에 의해 구동되는 모터 및 상기 모터에 전기 에너지를 공급하는 배터리 팩을 포함한다. 상기 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하고 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 BMS, 상기 BMS의 제어신호에 대응하여 작동하는 충전 스위치 및 방전 스위치 및 기울기 센서를 포함한다. 상기 BMS는 상기 기울기 센서에서 감지된 기울기 정보를 이용하여 기울기 변동량을 측정하고, 상기 기울기 변동량이 미리 설정한 일정시간 동안 제1 임계값 이내이면 상기 방전 스위치를 턴-오프시킨다.
상기 전기 자전거의 일 예에 따르면, 상기 BMS는, 상기 기울기 변동량이 상기 일정시간 동안 상기 제1 임계값 이내이고, 상기 일정시간 동안 상기 배터리의 방전 전류가 제2 임계값 이하로 유지되면, 상기 방전 스위치를 턴-오프 시킨다.
상기 전기 자전거의 일 예에 따르면, 상기 BMS는, 상기 방전 스위치가 턴-오프 된 이후, 상기 제1 임계값을 초과하는 기울기 변화를 감지하면 상기 방전 스위치를 턴-온시킨다.
상기 전기 자전거의 일 예에 따르면, 상기 배터리 팩은 충격감지 센서를 더 포함하고, 상기 BMS는 상기 충격감지 센서에서 감지된 충격량이 제3 임계값을 초과하면 상기 방전 스위치를 턴-오프시킨다.
상기 전기 자전거의 일 예에 따르면, 상기 BMS는, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 기울기 센서를 턴-오프시키고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값 이하이면 상기 기울기 센서를 턴-온시킨다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 배터리 팩은 배터리 팩 또는 배터리 팩이 장착된 전기 자전거의 기울기를 감지하여, 상기 배터리 팩이나 전기 자전거가 정지상태이면 스위치를 턴-오프시켜 배터리의 소비전류를 감소시키고, 외부 쇼트등 위험으로부터 배터리를 보호한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 기울기 센서에서 측정되는 기울기를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 팩이 장착된 전기 자전거의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시 예로부터 다른 실시 예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 즉 설명된 특정 세부사항들은 단순한 예시이다. 특정 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 계속 고려될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은 배터리(20), 충전 스위치(SW1), 방전 스위치(SW2), BMS(200) 및 기울기 센서(301)를 포함한다.
배터리(20)는 전력을 저장하는 부분으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(21)을 포함한다. 배터리(20)에는 복수의 배터리 셀(21)들이 포함될 수 있으며, 배터리 셀(21)들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(20)에 포함되는 배터리 셀(21)들의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량에 따라서 결정될 수 있다.
배터리 셀(21)은 충전이 가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(21)은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전치, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)는 도 1에 도시된 바와 같이 배터리(20)와 배터리 팩(10)의 어느 한 단자 사이(예컨대, 배터리의 양극과 P+ 단자 사이, 또는 P- 단자와 배터리의 음극 사이)에 연결되며, 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 대전류 경로 상에 배치된다. 충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)는 제어신호에 따라 배터리(20)의 충전 전류 및 방전 전류를 차단할 수 있다. 충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)는 트랜지스터 또는 릴레이로 구성될 수 있다. 방전 스위치(SW2)와 충전 스위치(SW1)가 트랜지스터 스위치라면 각각 기생 다이오드를 갖고 있을 수 있다. 그리고, 충전 스위치(SW1)의 기생 다이오드는, 배터리(20)의 방전 전류가 흐르는 방향이 순방향(배터리(20)의 양극으로부터 P+로 향하는 방향))이 되는 방향으로 배치되어 있다. 이에 의해, 충전 스위치(SW1)는, 오프하면, 배터리(20)의 충전 방향(P+로부터 배터리의 양극으로 향하는 방향)의 전류만을 차단하게 되어 있다. 또한, 방전 스위치(SW2)의 기생 다이오드는, 배터리(20)의 충전 전류가 흐르는 방향이, 순방향이 되는 방향으로 배치되어 있다. 이에 의해, 방전 스위치(SW2)는, 오프하면, 배터리(20)의 충전 방향의 전류만을 차단하게 되어 있다.
기울기 센서(301)는 배터리 팩(10)의 기울기를 감지한다. 도 1에서는 기울기 센서(301)가 BMS(200)와 별도로 설치된 것으로 도시 하였으나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 기울기 센서(301)는 배터리 팩(10)의 기울기를 정확하게 측정할 수 있는 어떤 위치에라도 위치할 수 있을 것이다. 기울기는 중력 방향을 기준으로 배터리 팩(10)이 기울어진 정도를 의미할 수 있다. 그러나, 기울기는 다양하게 정의될 수 있으며, 본 발명의 범위는 기울기를 정의하는 방식에 의하여 제한되지 않는다. 한편, 상기 배터리 팩(10)은, 자이로 센서(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 자이로 센서는 상기 배터리 팩(10)의 기울기 및 가속도를 센싱할 수 있다.
그리고, BMS(200)는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)을 의미하며, 배터리(20)를 보호하기 위해 충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)를 제어한다. BMS(200)는 일반적으로 배터리 팩(10)의 충전 또는 방전 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예컨대, BMS(200)는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. BMS(200)는 배터리(20)의 전류, 전압, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State of Charge, SOC)등을 얻을 수 있다. 예컨대, BMS(200)는 센서들을 이용하여 배터리 셀(21)의 셀 전압 및 온도를 측정할 수 있다.
BMS(200)는 기울기 센서(301)로부터 기울기 정보를 인가 받는다. BMS(200)는, 기울기 센서(301)가 전달한 기울기 정보를 기초로, 배터리 팩(10)의 기울기의 변동량을 연산한다. BMS(200)는 미리 설정된 시간(Ts) 동안 상기 연산된 기울기 변동량이 제1 임계값 범위내인지 판단한다.
도 1에 도시되는 바와 같은 배터리 팩(10)이 예컨대, 전기 자전거(미도시)와 같은 부하에 장착된 경우, 상기 부하가 사용되지 않을 때에는, 상기 배터리 팩(10)의 방전 전류를 차단하는 것이, 배터리 수명 또는 배터리 효율 측면에서 바람직할 수 있다.
따라서, BMS(200)는 상기 기울기 센서(301)로부터 제공받는 기울기 정보를 이용하여, 배터리 팩(10)이 장착되는 부하(미도시)의 사용 여부를 판단하고, 상기 부하가 사용되지 않는 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩(10)으로부터의 방전 전류를 차단할 수 있다.
상기 제1 임계값은 상기 부하가 정지 상태 또는 미사용 상태에 있는 것으로 판단하는 기준이 되는 값으로 미리 설정될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 제1 임계값을 정의하는 방식에 의하여 제한되지 않는다.
상기 시간(Ts)은 BMS(200)의 빈번한 방전 정지 제어를 방지하기 위해 요구될 수 있다. 일반적으로 배터리 팩(10)의 기울기가 빈번하게 변화할 수도 있고, 기울기 변동량이 순간적으로 감소하더라도, 일시적인 것 일 수 있다. 특히, 배터리 팩(10)이 전기 자전거나 전기 오토바이 등에 부착된 경우에는, 배터리 팩(10)의 기울기가 빈번하게 변할 것이다. 따라서, BMS(200)는 기울기 변동량이 상기 제1 임계값 범위 이내의 값이 되더라도, 그러한 상태가 일정시간 동안에 유지되는지 판단할 필요가 있다. 따라서 BMS(200)는 배터리 팩(10)의 기울기 변동량이 상기 시간(Ts) 동안 상기 제1 임계값 이내에서 변동하는 경우에, 비로소 방전 스위치(SW2)를 턴 오프 시켜 BMS(200)의 빈번한 방전 정지 제어를 방지한다.
일 실시예에 따르면, 기울기 센서(301)는 배터리 팩(10)의 기울기를 센싱한다. BMS(200)는, 기울기 센서(301)가 전달한 배터리 팩(10)의 기울기 정보를 기초로, 배터리 팩(10)의 기울기 변동량을 연산한다. BMS(200)는 상기 시간(Ts) 동안 배터리 팩(10)의 기울기 변동량이 상기 제1 임계값 이내이면, 배터리 팩(10)이 사용되지 않고 정지한 것으로 판단한다. 배터리 팩(10)이 외부장치와 연결되어 있으면, 외부장치의 대기전력에 따른 방전 전류가 지속적으로 흘러 불필요한 전력 소비가 발생 할 수 있다. 따라서 BMS(200)는 배터리 팩(10)에 흐르는 불필요한 방전 전류를 차단하고, 사용되지 않은 외부장치 내에서 단락될 경우를 대비 하기 위하여 방전 스위치(SW2)를 턴-오프시킨다.
다른 실시 예에 따르면, BMS(200)는, 상기 방전 스위치(SW2)가 턴-오프 된 후에, 배터리 팩(10)의 기울기의 변동량이 상기 제1 임계값을 초과하면, 방전 동작을 재개하기 위해 방전 스위치(SW2)를 턴-온시킨다. 이를 위해, 기울기 센서(301)는 상기 방전 스위치(SW2)가 턴-오프되어 방전 전류가 차단된 이후에도 계속해서 기울기를 감지할 수 있다. 이로써, BMS(200)는 배터리 팩(10)을 사용하고자 하는 사용자로 하여금, 별도의 조작 없이 배터리 팩(10)의 방전 동작이 재개되도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(10a)은 배터리(20), 충전 스위치(SW1), 방전 스위치(SW2), BMS(200) 및 기울기 센서(301a)를 포함한다. 배터리(20), 충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)는 도 1의 배터리(20), 충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)에 각각 대응하므로 반복하여 설명하지는 않는다.
BMS(200a)는 전류센서(211)와 타이머(213)를 포함하고 기울기 센서(301a)의 작동 중지/재개에 대한 제어신호를 기울기 센서(301a)에 인가할 수 있다. 기울기 센서(301a)는 도 1을 참조하여 설명한 기울기 센서(301)와 실질적으로 동일하나, 기울기 센서(301a)는 도 1의 기울기 센서(301)와 달리 BMS(200a)의 제어신호에 따라 작동이 중지되거나, 작동이 재개 될 수 있다는 점에서 차이가 있다.
전류센서(211)는 배터리(20)로 유입되는 충전 전류와 배터리(20)로부터 출력되는 방전 전류를 측정한다. 도 2에서는 전류센서(211)가 BMS(200a) 내부에 설치된 것으로 도시 하였으나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 전류센서(211)는 배터리(20)로 유입되는 충전 전류와 배터리(20)로부터 출력되는 방전 전류를 정확하게 측정할 수 있는 어떤 위치에라도 위치할 수 있을 것이다. 따라서, 전류센서(211)는 BMS(200a)와 별도로 구비될 수 있을 것이다.
타이머(213)는 BMS(200a)에 포함될 수 있다. 타이머(213)는 기울기 센서(301a)에 의해 감지된 기울기의 변동량이 앞서 도 1을 참조로 하여 설명한 상기 제1 임계값 이내인 시점부터 시간을 카운팅하고, 도 1을 참조로 하여 설명한 상기 시간(Ts)의 경과여부를 MCU(215)에 전달할 수 있다.
MCU(215)는 BMS(200a)에 포함될 수 있다. MCU(215)는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit)을 의미하며, BMS(200a)로 인가되는 정보를 분석하고 연산하는 기능을 수행할 수 있다. MCU(215)는 연산된 결과에 따라 충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)를 제어함으로써 배터리 셀(21)의 과충전, 과방전 및 과전류를 차단하는 역할을 한다. 즉, 배터리 셀(21)의 전압을 내부에 설정된 전압 레벨값과 비교하여, 비교 결과에 따른 제어신호를 출력하여 충전 스위치(SW1) 및 방전 스위치(SW2)를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 시킴으로써, 배터리 셀(21)의 과충전, 과방전을 방지하고, 과전류를 차단한다.
나아가, MCU(215)는 기울기 센서(301a)로부터 배터리 팩(10a)의 기울기를 나타내는 신호를 받아, 배터리 팩(10a)의 기울기 변동량을 연산할 수 있다. 그리고, MCU(215)는 상기 기울기 변동량이 상기 시간(Ts) 동안 상기 제1 임계값을 초과하지 않는지 여부를 판단하여, 상기 기울기의 변동량에 따라 방전 스위치(SW2)를 제어할 수 있다.
또한, MCU(215)는 전류센서(211)로부터 수신한 전류의 크기와 제2 임계값을 비교한다. 전류센서(211)로부터 수신되는 전류는 배터리(20)의 방전 전류에 대응하며, 상기 제2 임계값은, 예컨대, 전기 자전거와 같은 부하에 배터리 팩(10a)이 장착되는 경우, 부하가 정지상태 일 때의 방전 전류의 값으로 설정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.
상기 제2 임계값은 배터리 팩(10a)과 연결되어 전력을 공급받는 부하가 작동하지 않을 때의 전류의 크기에 대응하는 값으로 설정될 수 있으며, 예컨대, 상기 부하의 대기 전류에 상응하는 값일 수 있다.
일 실시예에 따르면, BMS(200a)는 전류센서(211)에서 센싱된 전류값과 상기 제2 임계값을 비교 연산하여, 상기 전류센서(211)에서 센싱된 전류의 크기가 상기 제2 임계값 이내의 값을 갖는지 판단한다. 상기 시간(Ts) 동안에 배터리(20)의 기울기 변동량이 상기 제1 임계값 내이고 상기 전류센서(211)에서 센싱된 전류의 크기가 상기 제2 임계값 범위 내로 유지되면, BMS(200a)는 배터리 팩(10a)으로부터 방전 전류가 출력되지 않아도 되는 것으로 판단하여 방전 스위치(SW2)를 턴-오프시킨다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 팩(10a)의 방전 전류의 크기는 일정하게 유지되지 않고 빈번하게 변할 수 있으므로, BMS(200a)는 일정 시간 동안의 상기 방전 전류의 평균값이 제2 임계값 범위 내인지 판단할 수도 있다. 예컨대 상기 시간(Ts) 동안 배터리(20)의 기울기 변동량이 상기 제1 임계값 내이면, BMS(200a)는 상기 시간(Ts) 동안에 전류센서(211)가 감지한 상기 방전 전류값의 평균과 상기 제2 임계값을 비교 연산한다. BMS(200a)는 상기 방전 전류값의 평균이 제2 임계값 이하이면 방전 스위치(SW2)를 턴-오프 시킨다.
다른 실시예에 따르면, BMS(200a)는, 배터리 팩(10a)의 방전 전류가 상기 제2 임계값 범위 내이면 기울기 센서(301a)를 작동시키고, 배터리 팩(10a)의 방전 전류가 상기 제2 임계값 범위를 초과하면 기울기 센서(301a)를 작동시키지 않도록 할 수 있다. 예컨대 전기 자전거와 같은 부하에 배터리 팩(10a)이 장착된 경우에, BMS(200a)가 상기 부하의 정지상태 또는 사용되지 않음을 판단할 필요가 없을 때, 기울기 센서(301a)를 턴-오프시켜 기울기 센서(301a)에서 소비되는 전력을 최소로 할 수 있다. 즉, 배터리 팩(10a)의 방전 전류가 상기 제2 임계값의 범위 내이면, BMS(200a)는 상기 부하가 사용되지 않고 정지상태인지 확인할 필요가 있고, 비로소, BMS(200a)는 기울기 센서(301a)를 작동시켜 상기 부하의 기울기를 센싱하는 것이다.
다른 실시 예에 따르면, BMS(200a)는, 배터리 팩(10a)의 방전 전류가 상기 시간(Ts) 동안에 상기 제2 임계값 범위 내에서 유지되는 경우, 기울기 센서(301a)를 작동시키고, 그렇지 않은 경우에는 기울기 센서(301a)가 작동되지 않도록 할 수 있다. 예컨대, 전기 자전거와 같은 부하에 배터리 팩(10a)이 장착된 경우에, 상기 부하가 작동 중임에도 상기의 방전 전류가 일시적으로 상기 제2 임계값 범위 이내 값을 가질 수도 있기 때문이다.
다른 실시예에 따르면, BMS(200a)는 시간 경과에 따라 상기 제2 임계값을 가변 시킬 필요가 있다. 예컨대, 전기 자전거와 같은 부하에 배터리 팩(10a)이 장착된 경우에, 상기 부하에 전력을 필요로 하는 별도의 부속품이 추가될 수 있다. 상기 부하가 사용되지 않을 때의 배터리 팩(10a)의 방전 전류값도 상기 부속품의 추가로 증가할 수 있고, 이로 인해 배터리 팩(10a)의 방전 전류값이 상기 제2 임계값을 초과할 수도 있을 것이다. 따라서, 증가된 상기 방전 전류의 크기에 맞추어 상기 제2 임계값을 변경 또는 갱신할 필요가 있다. 이를 위해 BMS(200a)는 미리 설정한 제1 시간(T1) 동안, 상기 기울기 센서(301a)에서 측정된 기울기의 변동량이 상기 제1 임계값 이내로 유지되면, 상기 부하가 정지 상태에 있다고 판단하여 상기 제2 임계값을 상기 제1 시간(T1) 동안, 증가된 배터리(20)의 방전 전류의 평균값에 상응하는 값으로 변경한다. BMS(200a)는 미리 설정한 제2 시간(T2) 동안, 기울기 센서(301a)에서 측정되는 배터리 팩(10a)의 기울기의 변동량이 상기 제1 임계값 이내이고, 상기 배터리 팩(10a)의 방전 전류가 상기 제2 시간(T2) 동안, 가변된 상기 제2 임계값 이하로 유지될 때 방전 스위치(SW2)를 턴-오프시킬 수 있다. 상기 제1 시간(T1)과 제2 시간(T2)은 순차적인 작동을 설명을 위해 표현한 것으로, 이에 한정되지 않으며 상기 제1 시간(T1)과 제2 시간(T2)은 상기 시간(Ts)과 상응한 시간일 수도 있다.
도 3을 참조하면, 배터리 팩(10b)은 배터리(20), 충전 스위치(SW1), 방전 스위치(SW2), BMS(200b), 기울기 센서(301a) 및 충격감지 센서(303)를 포함한다. 배터리(20), 충전 스위치(SW1), 방전 스위치(SW2) 및 기울기 센서(301a)는 도 2의 배터리(20), 충전 스위치(SW1), 방전 스위치(SW2) 및 기울기 센서(301a)에 각각 대응하므로 반복하여 설명하지는 않는다.
충격감지 센서(303)는 배터리 팩(10b)에 가해지는 외부 충격량을 감지하여 BMS(200b)에 충격량을 전달한다. 도 3에서는 충격감지 센서(303)가 BMS(200b)와 별도로 설치된 것으로 도시 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 즉, 충격감지 센서(303)는 배터리 팩(10b)의 충격량을 정확하게 측정할 수 있는 위치라면 위치할 수 있을 것이다.
BMS(200b)는 충격감지 센서에서 전달한 충격량이 제3 임계값을 초과하는지 판단한다.
예컨대, 배터리 팩(10b)이 자전거와 같은 부하에 장착된 경우, 일정 크기 이상의 충격이 가해진 후에 계속 배터리 팩(10b)의 방전 전류를 지속적으로 유지하면 상기 부하의 사용자가 위험해질 수 있거나, 배터리 팩(10b)이 손상을 입을 수 있는 상황이 있을 수도 있다. 이때, 배터리 팩(10b)의 방전 전류를 차단할 필요가 있다. 따라서, 제3 임계값은 상기 부하의 사용자가 위험해 지거나 배터리 팩(10b)이 손상을 입을 수 있는 충격량으로 미리 설정될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 상기 BMS(200b)는 충격감지 센서(303)에서 센싱한 충격량이 상기 제3 임계값을 초과하는지 판단한다. 충격감지 센서(303)에서 상기 제3 임계값을 초과하는 충격량을 센싱한 경우에, BMS(200b)는 상기 부하의 사용자를 보호와 배터리 팩(10b)을 보호하기 위해 방전 스위치(SW2)를 턴-오프 한다. 이로써, 배터리 팩(10b)의 안정성과 신뢰성을 향상시킨다.
도 4는 일 실시예에 따른 전기 자전거의 기울기를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 전기 자전거(31)의 기울기는 중력 방향을 기준으로 전기 자전거(31)가 기울어진 정도를 의미할 수 있다. 그러나, 기울기는 다양하게 정의될 수 있으며, 본 발명의 범위는 기울기를 정의하는 방식에 의하여 제한되지 않는다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 팩이 장착된 전기 자전거의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 전기 자전거(31)는 모터(33) 및 배터리 팩(100)을 포함한다. 배터리 팩(100)은 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 설명한 배터리 팩(10, 10a, 10b) 중 어느 하나일 수 있다.
배터리 팩(100)은 배터리(미도시), BMS(미도시), 충전 스위치(미도시), 방전 스위치(미도시), 기울기 센서(미도시) 및 충격감지 센서(미도시)를 포함하며, 상기 배터리, BMS, 충전 스위치, 방전 스위치, 기울기 센서 및 충격감지 센서는 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 설명한 각각의 구성 요소와 실질적으로 동일한 기능을 수행하므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
전기 자전거(31)는 전기 에너지에 의해 구동되는 모터(33)를 통해 바퀴를 구동시켜 움직일 수 있으며, 사용자가 페달을 돌리면 체인으로 전달되는 동력과 함께 전기 자전거(31)의 바퀴를 구동시킬 수도 있다.
배터리 팩(100)은 모터(33)나 전기 자전거(31)에 장착된 장치에 전기 에너지를 공급할 수 있다. 도 5에 도시된 것과 같이 전기 자전거(31)의 일 프레임 측면에 장착 할 수 있으나 프레임 내부에 장착할 수도 있고, 모터(33) 등에 전기 에너지를 전달할 수 있는 위치면 어느 위치든 장착할 수 있다.
모터(33)는 배터리 팩(100)과 전기적으로 연결되어 전기 에너지를 공급받는다. 모터(33)는 도 5에 도시된 것과 같이 전기 자전거(31)의 뒷바퀴의 중심에 위치할 수 있으나, 전기 자전거(31)의 바퀴에 동력을 전달할 수 있는 위치라면 어느 위치든 배치될 수 있다. 모터(33)는 배터리 팩(100)에서 공급하는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환 시킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 기울기 센서(미도시)는 전기 자전거(31)의 기울기를 센싱한다. 전기 자전거(31)의 기울기 변동량이 미리 설정한 시간(Ts) 동안에 제1 임계값 내이면, 전기 자전거(31)는 사용되지 않고 정지된 것으로, 전기 자전거(31)로 인가되는 배터리 팩(100)의 방전 전류가 차단된다. 여기서, 상기 시간(Ts)과 상기 제1 임계값은 도 1을 참조로 하여 설명한 바와 동일하다.
제2 임계값은 배터리 팩(100)과 연결되어 전력을 공급받는 부하가 작동하지 않을 때의 전류의 크기에 대응하는 값으로 설정될 수 있으며, 예컨대, 상기 전기 자전거의 대기 전류에 상응하는 값일 수 있다. 구체적으로 상기 제2 임계값은 전기 자전거(31)가 사용되지 않을 때 배터리 팩(100)의 방전 전류값으로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 전기 자전거(31)가 사용되지 않고 정지상태임을 예측할 수 있는 배터리 팩(100)의 방전 전류 값과 상응한 값으로 설정할 수도 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 시간(Ts) 동안에 전기 자전거(31)의 기울기 변동량이 상기 제1 임계값 내이고, 배터리 팩(100)의 방전 전류가 상기 제2 임계값 범위 내로 유지되면, BMS는 상기 전기 자전거(31)가 사용되지 않고 정지한 것으로 판단하고, 전기 자전거(31)로 인가되는 배터리 팩(100)의 방전 전류를 차단할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 전기 자전거(31)가 사용되지 않아 배터리 팩(100)의 방전 전류가 차단된 이후에, 전기 자전거(31)의 기울기 변동량이 상기 제1 임계값을 초과하면, 전기 자전거(31)는 배터리 팩(100)과 전기적으로 다시 연결된다. 이를 위해, 상기 기울기 센서는 배터리 팩(100)의 방전 전류가 차단된 이후에도 계속해서 기울기를 감지한다. 전기 자전거(31)의 기울기 변동량이 상기 제1 임계값을 초과하면, 배터리 팩(100)은 다시 방전전류를 출력하고, 사용자는 배터리 팩(100)의 방전 동작을 재개하기 위하여 별도로 제어할 필요가 없으므로, 사용자 편의성이 증대되고, 전기 자전거(31)는 정상적인 동작으로 빠르게 복귀할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 팩(100)은 상기 제2 임계값을 변경하거나 갱신할 수 있다. 예컨대, 배터리 팩(100)은 전기 자전거(31)의 모터(33) 외에도 전기 자전거(31)에 장착된 전력을 요하는 부속품에도 전력을 공급할 수 있다. 전기 자전거(31)에 장착된 부속품이 증가할수록, 전기 자전거(31)가 사용되지 않을 경우에 배터리 팩(100)의 방전 전류는 증가할 것이다. 이때 정지상태의 배터리 팩(100)의 방전 전류는 상기 제2 임계값을 초과할 수 있다. 따라서, 도 2에서 설명한 바와 같은 방법으로 상기 제2 임계값은 가변 될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 전기 자전거(31)는 도 3을 참조로 하여 설명한 바와 같은 충격감지 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 충격감지 센서가 감지한 충격량이 앞서 도 3을 참조로 하여 설명한 상기 제3 임계값을 초과하면 전기 자전거(31)의 동력은 차단된다. 예컨대, 외부 충격에 의해서 전기 자전거(31)가 넘어지면, 전기 자전거(31)는 배터리 팩(100)으로부터의 전달된 동력이 차단되어 자전거의 운전자를 보호하고, 나아가 배터리 팩(100)을 보호할 수 있다. 이로써, 배터리 팩(100)의 안정성과 신뢰성을 향상시킨다.
10: 배터리 팩 20: 배터리
21: 배터리 셀 31: 전기 자전거
33: 모터 100: 배터리 팩
200: BMS 211: 전류센서
213: 타이머 215: MCU
301: 기울기 센서 303: 충격감지 센서
SW1: 충전 스위치 SW2: 방전 스위치

Claims (12)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하고, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 BMS;
    상기 BMS의 제어신호에 대응하여 작동하는 충전 스위치 및 방전 스위치; 및
    기울기 센서;
    를 포함하고,
    상기 BMS는 상기 기울기 센서에서 감지된 기울기 정보를 이용하여 기울기 변동량을 측정하고, 상기 기울기 변동량이 미리 설정한 일정시간 동안 제1 임계값 이내이면 상기 방전 스위치를 턴-오프시키는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 일정시간 동안 상기 기울기 변동량이 상기 제1 임계값 이내이고, 상기 일정시간 동안 상기 배터리의 방전 전류가 제2 임계값 이하로 유지되면, 상기 방전 스위치를 턴-오프시키는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 방전 스위치가 턴-오프 된 이후, 상기 제1 임계값을 초과하는 기울기 변화를 감지하면 상기 방전 스위치를 턴-온시키는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    충격감지 센서를 더 포함하고,
    상기 BMS는 상기 충격감지 센서에서 감지된 충격량이 제3 임계값을 초과하면 상기 방전 스위치를 턴-오프시키는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 기울기 센서를 턴-오프시키고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값 이하이면 상기 기울기 센서를 턴-온시키는 배터리 팩.
  6. 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하고, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 BMS;
    상기 BMS의 제어신호에 대응하여 작동하는 충전 스위치 및 방전 스위치; 및
    기울기 센서;
    를 포함하고,
    상기 BMS는, 미리 설정한 제1 시간 동안 상기 기울기 센서에서 측정된 기울기의 변동량이 제1 임계값 이내로 유지되면, 상기 제1 시간 동안의 상기 배터리의 방전 전류의 평균값을 제2 임계값으로 설정하고,
    상기 기울기 센서에서 측정되는 기울기의 변동량이 미리 설정한 제2 시간 동안 상기 제1 임계값 이내이고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 시간 동안 상기 제2 임계값 이하로 유지되면 상기 방전 스위치를 턴-오프시키는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 기울기 센서를 턴-오프시키고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값 이하이면 상기 기울기 센서를 턴-온시키는 배터리 팩.
  8. 전기 에너지에 의해 구동되는 모터; 및
    상기 모터에 전기 에너지를 공급하는 배터리 팩;
    을 포함하고,
    상기 배터리 팩은,
    적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    상기 배터리의 전압 및 전류를 모니터링하고, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 BMS;
    상기 BMS의 제어신호에 대응하여 작동하는 충전 스위치 및 방전 스위치; 및
    기울기 센서;
    를 포함하고,
    상기 BMS는 상기 기울기 센서에서 감지된 기울기 정보를 이용하여 기울기 변동량을 측정하고, 상기 기울기 변동량이 미리 설정한 일정시간 동안 제1 임계값 이내이면 상기 방전 스위치를 턴-오프시키는 전기 자전거.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 기울기 변동량이 상기 일정시간 동안 상기 제1 임계값 이내이고, 상기 일정시간 동안 상기 배터리의 방전 전류가 제2 임계값 이하로 유지되면, 상기 방전 스위치를 턴-오프 시키는 전기 자전거.
  10. 제8항에 있어서
    상기 BMS는, 상기 방전 스위치가 턴-오프 된 이후, 상기 제1 임계값을 초과하는 기울기 변화를 감지하면 상기 방전 스위치를 턴-온시키는 전기 자전거.
  11. 제8항에 있어서,
    충격감지 센서를 더 포함하고,
    상기 BMS는 상기 충격감지 센서에서 감지된 충격량이 제3 임계값을 초과하면 상기 방전 스위치를 턴-오프시키는 전기 자전거.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 기울기 센서를 턴-오프시키고, 상기 배터리의 방전 전류가 상기 제2 임계값 이하이면 상기 기울기 센서를 턴-온시키는 전기 자전거.
KR1020150095358A 2015-07-03 2015-07-03 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거 KR102391117B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150095358A KR102391117B1 (ko) 2015-07-03 2015-07-03 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거
US15/194,606 US10158237B2 (en) 2015-07-03 2016-06-28 Battery pack and electric bike including the same
CN201610515746.5A CN106329012B (zh) 2015-07-03 2016-07-04 电池组和包括电池组的电动车辆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150095358A KR102391117B1 (ko) 2015-07-03 2015-07-03 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170004674A true KR20170004674A (ko) 2017-01-11
KR102391117B1 KR102391117B1 (ko) 2022-04-27

Family

ID=57684472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150095358A KR102391117B1 (ko) 2015-07-03 2015-07-03 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10158237B2 (ko)
KR (1) KR102391117B1 (ko)
CN (1) CN106329012B (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109130907A (zh) * 2018-07-30 2019-01-04 苏州小蜻蜓电动车有限公司 一种便于拆装的电动自行车模块化供电系统
KR20200113110A (ko) 2019-03-22 2020-10-06 주식회사 안지오바이크 전기 자전거용 듀얼 배터리 팩 장치
KR102202878B1 (ko) 2019-10-29 2021-01-15 한국생산기술연구원 전력선 통신 기반 전기자전거 제어 시스템 및 이의 제어 방법
KR20210046101A (ko) 2019-10-17 2021-04-28 한국생산기술연구원 전력선 통신 기반 전기 이동수단용 착탈식 배터리 팩 시스템
KR102386934B1 (ko) 2021-10-08 2022-04-15 (주)도깨비 무선 통신이 가능한 배터리팩 수납 구조를 갖는 전동 킥보드
CN114747552A (zh) * 2017-05-22 2022-07-15 陶氏益农公司 臭虫的选择性检测

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110556602A (zh) * 2018-05-31 2019-12-10 奥动新能源汽车科技有限公司 电池包的安装检测方法、电池包及电动汽车
CN110767851B (zh) * 2018-07-27 2024-01-23 奥动新能源汽车科技有限公司 智能电池箱及检测方法
KR102656482B1 (ko) * 2018-09-19 2024-04-11 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 배터리 팩이 장착된 이동 수단
US10889285B2 (en) * 2019-02-04 2021-01-12 GM Global Technology Operations LLC Control of AC electric machine using average synchronous frame currents
CN111661228A (zh) * 2019-03-05 2020-09-15 深圳昊喆物联网络科技有限公司 一种电动自行车蓄电池管理系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110045251A (ko) * 2009-10-26 2011-05-04 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 보호회로, 배터리 팩 보호방법, 및 전기 자전거
KR20120013772A (ko) * 2010-08-06 2012-02-15 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이의 제어 방법
KR20130023073A (ko) * 2011-08-23 2013-03-07 주식회사 엘지화학 이차 전지의 안전성 향상 장치 및 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100774649B1 (ko) 2005-11-02 2007-11-08 현대자동차주식회사 차량의 아이들링 정지 시스템
JP5407399B2 (ja) * 2009-02-12 2014-02-05 トヨタ自動車株式会社 変速制御装置
KR101086974B1 (ko) 2009-03-03 2011-11-29 주식회사 엘지화학 전기구동차량의 릴레이 제어 장치 및 방법
CN201400096Y (zh) * 2009-04-09 2010-02-10 哈特佛工业股份有限公司 车用静置倾倒断电装置
KR20130079793A (ko) 2012-01-03 2013-07-11 용숙 이 진동센서 및 충격센서 감지수단을 통한 차량용 배터리 상시전원 제어장치
JP5708885B2 (ja) * 2012-07-12 2015-04-30 日産自動車株式会社 車両の制御装置
KR20140042597A (ko) 2012-09-28 2014-04-07 엘에스산전 주식회사 자동차의 전압 방전 장치 및 이의 전압 방전 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110045251A (ko) * 2009-10-26 2011-05-04 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 보호회로, 배터리 팩 보호방법, 및 전기 자전거
KR20120013772A (ko) * 2010-08-06 2012-02-15 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이의 제어 방법
KR20130023073A (ko) * 2011-08-23 2013-03-07 주식회사 엘지화학 이차 전지의 안전성 향상 장치 및 방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114747552A (zh) * 2017-05-22 2022-07-15 陶氏益农公司 臭虫的选择性检测
CN114747552B (zh) * 2017-05-22 2023-12-29 科迪华农业科技有限责任公司 臭虫的选择性检测
CN109130907A (zh) * 2018-07-30 2019-01-04 苏州小蜻蜓电动车有限公司 一种便于拆装的电动自行车模块化供电系统
KR20200113110A (ko) 2019-03-22 2020-10-06 주식회사 안지오바이크 전기 자전거용 듀얼 배터리 팩 장치
KR20210046101A (ko) 2019-10-17 2021-04-28 한국생산기술연구원 전력선 통신 기반 전기 이동수단용 착탈식 배터리 팩 시스템
KR102202878B1 (ko) 2019-10-29 2021-01-15 한국생산기술연구원 전력선 통신 기반 전기자전거 제어 시스템 및 이의 제어 방법
KR102386934B1 (ko) 2021-10-08 2022-04-15 (주)도깨비 무선 통신이 가능한 배터리팩 수납 구조를 갖는 전동 킥보드

Also Published As

Publication number Publication date
US20170005493A1 (en) 2017-01-05
CN106329012A (zh) 2017-01-11
CN106329012B (zh) 2021-02-12
US10158237B2 (en) 2018-12-18
KR102391117B1 (ko) 2022-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102391117B1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자전거
EP2034585B1 (en) System and Method for Re-initiating Charge Cycle for Battery Pack Left in a Charger
KR101016899B1 (ko) 배터리 팩 및 그 충전 방법
US7157882B2 (en) Method and system for battery protection employing a selectively-actuated switch
KR101097248B1 (ko) 배터리 팩 보호회로, 배터리 팩 보호방법, 및 전기 자전거
EP2328224B1 (en) Battery pack capable of protecting battery cell from high-temperature-swelling and method thereof
KR102391114B1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR101916969B1 (ko) 배터리의 충전 방법 및 이에 따른 배터리 팩
US11196096B2 (en) Battery pack and method for charging battery pack
KR20090050932A (ko) 리튬 이온 배터리 경보 보호 장치 및 그 방법
KR101147231B1 (ko) 전지 팩 및 그의 충방전 제어 방법
KR20090126098A (ko) 배터리 팩 및 그 충전 방법
KR101093982B1 (ko) 배터리 팩 및 그의 구동 방법
US7605565B2 (en) Battery pack with protection circuit
JP4171274B2 (ja) バッテリーパック
KR20170060849A (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 구동 차량
KR102358435B1 (ko) 배터리 충전방법 및 이를 이용한 배터리 팩
KR100694062B1 (ko) 다중 배터리 충전 장치 및 제어 방법
JP2005039875A (ja) 二次電池の充電方法とそれを用いた充電装置
JP2001128377A (ja) 二次電池の放電方法
JP2006228662A (ja) 電池パック
JP2010129468A (ja) 電池パックおよび電池パックを用いた電動工具

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right