KR20170051060A - 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법 - Google Patents

배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬 회로, 병렬 회로 및 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 포함하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법에 있어서, 외부 충전 장치 또는 외부 고출력 요구 시스템의 연결 여부를 판단하는 외부 장치 연결 여부 판단 단계; 상기 외부 충전 장치가 연결되었다고 판단된 경우, 상기 직렬 회로 상의 경로를 차단하고, 상기 병렬 회로 상의 경로를 도통시켜 상기 외부 충전 장치로부터 공급되는 충전 전력을 도통시킨 상기 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐르게 하여 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 충전하는 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계; 및 상기 외부 고출력 요구 시스템이 연결되었다고 판단된 경우, 상기 병렬 회로 상의 경로를 차단하고, 상기 직렬 회로 상의 경로를 도통시켜 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들에 저장된 전기 에너지를 상기 충전 전력보다 높은 전압 값을 갖는 고전압 상태로 방전하여 연결된 상기 외부 고출력 요구 시스템에 공급하는 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법이 제시된다.

Description

배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING SERIAL AND PARALLEL OPERATION OF BATTERY PACKk}
본 발명은 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법에 관한 것으로, 특히 배터리 팩에 저장된 전기 에너지를 충전 전력의 전압보다 높은 고전압 상태로 방전하여 제공할 수 있는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리듐 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경향으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리듐 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
한편, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)에서 고출력을 목적으로 하는 제품에 대한 고객의 요구가 많아지고 있어 고전압을 출력할 수 있는 BMS 기술의 개발이 활발하게 진행 중이다. 하지만 종래의 고전압을 출력할 수 있는 배터리 모듈의 경우, 충전 시 고 전압의 충전 전원을 사용하고, 충전 시 안전에 대한 만족도에 대한 문제점이 있었다.
따라서, 고전압으로 충전 전력을 제공받지 않으며, 고출력이 필요한 외부 시스템이 접속 시 충전된 전기 에너지를 고전압 상태로 출력하여 외부 시스템으로 제공할 수 있는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어에 관한 기술의 개발이 요구된다.
KR 10-2012-0120728 A
본 발명은 충전 시 고전압의 충전 전력을 제공받지 않으며, 고출력이 필요한 외부 고출력 요구 시스템이 연결될 경우, 충전된 에너지를 고전압 상태로 출력하여 외부 고출력 요구 시스템에 제공할 수 있는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법은, 직렬 회로, 병렬 회로 및 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 포함하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법에 있어서, 외부 충전 장치 또는 외부 고출력 요구 시스템의 연결 여부를 판단하는 외부 장치 연결 여부 판단 단계; 상기 외부 충전 장치가 연결되었다고 판단된 경우, 상기 직렬 회로 상의 경로를 차단하고, 상기 병렬 회로 상의 경로를 도통시켜 상기 외부 충전 장치로부터 공급되는 충전 전력을 도통시킨 상기 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐르게 하여 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 충전하는 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계; 및 상기 외부 고출력 요구 시스템이 연결되었다고 판단된 경우, 상기 병렬 회로 상의 경로를 차단하고, 상기 직렬 회로 상의 경로를 도통시켜 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들에 저장된 전기 에너지를 상기 충전 전력보다 높은 전압 값을 갖는 고전압 상태로 방전하여 연결된 상기 외부 고출력 요구 시스템에 공급하는 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 외부 장치 연결 여부 판단 단계는, 상기 충전 전력의 전류를 감지할 수 있는 충전 전류 감지 저항을 통해 감지된 충전 전류의 존재 유무나 상기 외부 충전 장치와 데이터 송수신 진행 여부에 따라 상기 외부 충전 장치의 연결 여부를 판단하는 외부 충전 장치 연결 여부 판단 단계; 및 감지된 상기 충전 전류의 존재하거나 상기 데이터 송수신 진행 중이라고 판단된 경우, 상기 외부 충전 장치가 연결되었음을 인식하는 외부 충전 장치 연결 인식 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 장치 연결 여부 판단 단계는, 상기 외부 고출력 요구 시스템의 연결 시 발생하는 물리적 힘에 의해 출력 신호의 상태가 전환되는 물리적 스위치의 상태의 전환 여부에 따라 상기 외부 고출력 요구 시스템의 연결 여부를 판단하는 외부 고출력 요구 시스템 연결 여부를 판단 단계; 및 상기 출력 신호의 상태가 전환된 경우, 상기 외부 고출력 요구 시스템이 연결되었음을 인식하는 외부 충전 장치 연결 인식 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계는, 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들과 병렬로 연결된 충전 FET의 상태를 온 상태로 제어하여 상기 병렬 회로 상의 경로를 도통시키는 충전 FET 온 단계; 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET의 상태를 오프 상태로 제어하여 상기 직렬 회로 상의 경로를 차단시키는 방전 FET 오프 단계; 및 상기 충전 전력을 도통된 상기 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐르게 하여 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 충전하는 병렬 회로 충전 제어 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계는, 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들과 병렬로 연결된 충전 FET의 상태를 오프 상태로 제어하여 상기 병렬 회로 상의 경로를 차단시키는 충전 FET 오프 단계; 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET의 상태를 온 상태로 제어하여 상기 직렬 회로 상의 경로를 도통시키는 방전 FET 온 단계; 및 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들에 저장된 전지 에너지를 도통시킨 상기 직렬 회로의 경로를 통해 상기 고전압 상태로 방전하여 상기 외부 고출력 요구 시스템에 공급하는 직렬 회로 방전 제어 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들은, 각각의 배터리 셀 그룹으로 구성되되, 상기 배터리 셀 그룹은 서로간 직렬 연결된 상기 복수 개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법은, 외부 충전 장치와 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치가 서로 연결되면, 외부 충전 장치로부터 공급되는 충전 전력을 병렬 회로를 통해 복수 개의 배터리 셀 그룹들로 제공하여 충전을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법은, 외부 고출력 요구 시스템과 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치가 서로 연결되면, 복수 개의 배터리 셀 그룹들에 저장된 전기 에너지를 직렬 회로를 통해 연결된 외부 고출력 요구 시스템으로 충전 전력의 전압 값보다 높은 값을 갖는 고전압 상태로 방전하여 고출력의 방전을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 외부 충전 장치 연결시 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 병렬 회로 배터리 팩 충전 동작을 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 외부 고출력 요구 시스템 연결시 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 직렬 회로 배터리 팩 방전 동작을 나타내는 예시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법을 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 외부 장치 연결 판단 단계 중 외부 충전 장치 연결 여부 판단 단계를 나타내는 순서도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 외부 장치 연결 판단 단계 중 외부 고출력 요구 시스템 연결 여부 판단 단계를 나타내는 순서도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계를 나타내는 순서도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계를 나타내는 순서도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 상황별 직병렬 회로 동작을 나타내는 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 이해를 돕기 위해 아래와 같이 용어를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 충전 및 방전 가능한 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 배터리 셀 그룹을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹은 배터리 팩이나 외부 고출력 요구 시스템의 부하 등의 사양(specification)에 부합되도록 다양한 전기적인 방식으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 배터리 셀 그룹 서로간 전기적인 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 배터리 셀 그룹을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹은 복수 개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 여기서 배터리 셀 그룹에 포함된 복수 개의 배터리 셀들을 구성하는 각각의 배터리 셀들은 전기적인 직렬 회로 방식으로 서로간 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 서로간 직렬 회로 및/또는 병렬 회로 방식으로 연결된 복수 개의 배터리 셀 그룹들로 구성되며, 각각의 배터리 셀 그룹은 서로간 직렬 회로 방식으로 연결된 복수 개의 배터리 셀들로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 각각의 배터리 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 배터리 셀의 종류로는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 및 니켈 아연 전지 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 외부 충전 장치와 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치가 서로 연결될 경우, 제어부의 제어에 따라 외부 충전 장치로부터 공급되는 충전 전력을 병렬 회로를 통해 공급받아 전기 에너지로 저장할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 외부 고출력 요구 시스템과 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치가 서로 연결될 경우, 제어부의 제어에 따라 저장된 전기 에너지를 직렬 회로를 통해 충전 전력보다 높은 전압 값을 갖는 고전압 상태로 외부 고출력 요구 시스템에 제공할 수 있다.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 일 예
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)는 배터리 팩(110), AFE부(120), 물리적 스위치(130), FET부(140), 충반전 전류 감지부(150) 격리 소자(160) 및 제어부(170)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(110)은 복수 개의 배터리 셀 그룹들(110a, 110b, , 110n)인 제1 배터리 셀 그룹(110a), 제2 배터리 셀 그룹(110b) 및 제n 배터리 셀 그룹(110n)들을 포함할 수 있다. 여기서 각각의 배터리 셀 그룹들은 서로간 직렬 회로 방식으로 연결된 복수 개의 배터리 셀들로 구성될 수 있다.
또한, 배터리 팩(110)은 제어부(170)의 제어에 따라 외부 충전 장치(200)가 연결된 경우, 외부 충전 장치(200)로부터 공급되는 충전 전력을 병렬 회로를 통해 제공받아 충전 될 수 있다.
또한, 배터리 팩(110)은 제어부(170)의 제어에 따라 외부 고출력 요구 시스템(300)이 연결된 경우, 충전된 전기 에너지를 직렬 회로를 통해 충전 전력보다 높은 전압 값을 갖는 고전압 상태로 외부 고출력 요구 시스템(300)에 공급할 수 있다.
AFE부(120)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들 각각에 일대일로 대응되는 복수 개의 AFE들(120a, 120b, , 120n)인 제1 AFE(120a), 제2 AFE(120b) 및 제n AFE(120n)을 포함할 수 있다.
또한, AFE부(120)는 제어부(170)의 제어에 따라 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹을 대상으로 전압 값, 전류 값 및 온도 값 등을 측정하여 제어부(170)로 전달할 수 있다.
물리적 스위치(130)는 외부 고출력 요구 시스템(300)의 연결 여부를 감지할 수 있다. 더욱 상세하게는, 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)와 외부 고출력 요구 시스템(300)이 서로 미연결된 경우, 물리적 스위치(130)의 상태가 온 또는 오프 상태를 유지하다가 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)와 외부 고출력 요구 시스템(300)이 서로 연결되면, 물리적 스위치(130)의 상태는 전환될 수 있다. 예를 들어, 물리적 스위치(130)의 상태는 외부 고출력 요구 시스템(300)이 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)과 접속시 외부에서 가해지는 물리적인 압력에 의해 전환될 수 있다.
FET부(140)는 방전 FET(141)와 충전 FET(142)를 포함할 수 있다.
방전 FET(141)는 제어부(170)의 제어에 따라 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀들에 저장된 전기 에너지를 연결된 외부 고출력 요구 시스템(300)에 공급하기 위해 방전 전류를 도통시키거나 단락시키는 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
충전 FET(142)는 적어도 두 개 이상의 충전 FET(142a, 142b)를 포함할 수 있다. 충전 FET(142)는 제어부(170)의 제어에 따라 연결된 외부 충전 장치(200)에서 공급되는 충전 전류를 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀들에 전달하기 위해 충전 전류를 도통시키거나 단락시키는 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
충방전 전류 감지부(150)는 충전 전류 감지 저항(151)과 방전 전류 감지 저항(152)을 포함할 수 있다.
충전 전류 감지 저항(151)은 제어부(170)의 제어에 따라 충전 전류가 흐르는 회로 경로(path)상에 위치하여 충전 전류의 존재 유무를 감지할 수 있다.
방전 전류 감지 저항(152)은 제어부(170)의 제어에 따라 방전 전류가 흐르는 회로 경로(path)상에 위치하여 제어부(170)의 제어에 따라 방전 전류의 존재 유무를 감지할 수 있다.
격리 소자(isolation)(160)는 제어부(170)의 제어에 따라 AFE부(120)에 포함된 복수 개의 AFE들(120a, 120b, , 120n)를 구성하는 각각의 AFE 간의 신호의 간섭이 일어나지 않게 하기 위해 격리 동작을 수행할 수 있다.
제어부(170)는 배터리 팩(110), AFE부(120), 물리적 스위치(130), FET부(140), 충반전 전류 감지부(150) 및 격리 소자(160)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 외부 충전 장치(200) 또는 외부 고출력 요구 시스템(300)의 연결 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는 충전 전류 감지 저항(151)을 통해 감지된 충전 전류의 존재 유무나 외부 충전 장치(200)와 데이터 송수신 진행 여부에 따라 외부 충전 장치(200)의 연결 여부를 판단할 수 있다.
충전 전류 감지 저항(151)을 통해 감지된 충전 전류의 존재하거나 외부 충전 장치(200)와 데이터 송수신 진행 중이라고 판단된 경우, 제어부(170)는 연결된 외부 충전 장치(200)의 존재를 인식할 수 있다.
외부 충전 장치(200)가 연결되었다고 인식된 후, 제어부(170)는 외부 충전 장치(200)로부터 공급되는 충전 전력을 병렬 회로 상의 도통시킨 경로를 통해 흐르게 하여 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 충전하는 병렬 회로 배터리 팩 충전 동작을 수행할 수 있다.
더욱 상세하게는, 외부 충전 장치(200)가 연결되었다고 인식된 경우, 제어부(170)는 도 2에 도시된 바와 같이 병렬 회로 배터리 팩 충전 동작을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 외부 충전 장치 연결시 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 병렬 회로 배터리 팩 충전 동작을 나타내는 예시도이다.
도 2를 참조하면, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)과 병렬로 연결된 FET부(140)에 포함된 충전 FET(142: 142a, 142b)의 상태를 온 상태로 제어하여 병렬 회로 상의 경로를 도통시키는 충전 FET 온 동작을 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET(141)의 상태를 오프 상태로 제어하여 직렬 회로 상의 경로를 차단시키는 방전 FET 오프 동작을 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 외부 충전 장치(200)로부터 공급되는 충전 전력을 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐르게 하여 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 충전하는 병렬 회로 충전 제어 동작을 수행할 수 있다.
다른 예를 들어, 제어부(170)는 외부 고출력 요구 시스템(300)의 연결 여부를 판단할 수 있다. 제어부(170)는 물리적 스위치(130)의 상태에 따라 외부 고출력 요구 시스템(300)의 연결 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 외부 고출력 요구 시스템(300)이 미연결시 물리적 스위치(130)의 상태가 온 또는 오프 상태일 경우, 외부 고출력 요구 시스템(300)이 연결되면, 물리적 스위치(130)의 상태가 기존 상태에서 전환될 수 있다. 제어부(170)는 전환된 물리적 스위치(130)의 상태를 감지하여 외부 고출력 요구 시스템(300)의 연결 여부를 판단할 수 있다.
외부 고출력 요구 시스템(300)이 연결되었다고 인식된 후, 제어부(170)는 병렬 회로 상의 경로를 차단하고, 직렬 회로 상의 경로를 도통시켜 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 그룹들(100a, 100b, , 100n)에 저장된 전기 에너지를 직렬 회로 상의 도통시킨 경로를 통해 충전 전력의 전압 값보다 높은 전압 값을 갖는 고전압 상태로 연결된 외부 고출력 요구 시스템(300)에 공급하는 직렬 회로 배터리 팩 방전 동작을 수행할 수 있다.
더욱 상세하게는, 외부 고출력 요구 시스템(300)이 연결되었다고 인식된 경우, 제어부(170)는 도 3에 도시된 바와 같이 직렬 회로 배터리 팩 방전 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 외부 고출력 요구 시스템 연결시 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 직렬 회로 배터리 팩 방전 동작을 나타내는 예시도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)과 병렬로 연결된 FET부(140)에 포함된 충전 FET(142: 142a, 142b)의 상태를 오프 상태로 제어하여 병렬 회로 상의 경로를 차단시키는 충전 FET 오프 동작을 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET(141)의 상태를 온 상태로 제어하여 직렬 회로 상의 경로를 도통시키는 방전 FET 온 동작을 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)에 저장된 전지 에너지를 도통시킨 직렬 회로의 경로를 통해 고전압 상태로 방전하여 외부 고출력 요구 시스템(300)에 공급하는 직렬 회로 방전 제어 동작을 수행할 수 있다.
2. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 일 예
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)의 제어부(170)는 외부 충전 장치(200) 또는 외부 고출력 요구 시스템의 연결 여부를 판단하는 외부 장치 연결 판단 단계(S410)를 수행할 수 있다.
더욱 상세하게는, 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)의 제어부(170)가 수행하는 외부 장치 연결 판단 단계(S410)는 다음과 같은 단계들 포함하여 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 외부 장치 연결 판단 단계 중 외부 충전 장치 연결 여부 판단 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(170)는 충전 전류 감지 저항(151)을 통해 감지된 충전 전류의 존재 유무나 외부 충전 장치(200)와 데이터 송수신 진행 여부에 따라 외부 충전 장치(200)의 연결 여부를 판단하는 외부 충전 장치 연결 여부 판단 단계(S411)를 수행할 수 있다.
충전 전류 감지 저항(151)을 통해 감지된 충전 전류의 존재하거나 외부 충전 장치(200)와 데이터 송수신 진행 중이라고 판단된 경우, 제어부(170)는 연결된 외부 충전 장치(200)가 연결되었음을 인식하는 외부 충전 장치 연결 인식 단계(S412)를 수행할 수 있다.
외부 충전 장치(200)가 연결되었다고 인식된 후, 제어부(170)는 외부 충전 장치(200)로부터 공급되는 충전 전력을 병렬 회로 상의 도통시킨 경로를 통해 흐르게 하여 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 충전하는 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계(S420)를 수행할 수 있다.
더욱 상세하게는, 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)의 제어부(170)가 수행하는 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계(S420)는 다음과 같은 단계들 포함하여 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계를 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(170)는 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)과 병렬로 연결된 FET부(140)에 포함된 충전 FET(142: 142a, 142b)의 상태를 온 상태로 제어하여 병렬 회로 상의 경로를 도통시키는 충전 FET 온 단계(S421)를 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET(141)의 상태를 오프 상태로 제어하여 직렬 회로 상의 경로를 차단시키는 방전 FET 오프 단계(S422)를 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 외부 충전 장치(200)로부터 공급되는 충전 전력을 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐르게 하여 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 충전하는 병렬 회로 충전 제어 단계(S423)를 수행할 수 있다.
또한, 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)의 제어부(170)가 수행하는 외부 장치 연결 판단 단계(S410)는 다음과 같은 단계들 더 포함하여 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 외부 장치 연결 판단 단계 중 외부 고출력 요구 시스템 연결 여부 판단 단계를 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(170)는 물리적 스위치(130)의 상태의 전환 여부에 따라 외부 고출력 요구 시스템(300)의 연결 여부를 판단하는 외부 고출력 요구 시스템 연결 여부를 판단 단계(S413)를 수행할 수 있다.
물리적 스위치(130)의 상태가 전환된 경우, 제어부(170)는 연결된 외부 고출력 요구 시스템(300)가 연결되었음을 인식하는 외부 고출력 요구 시스템 연결 인식 단계(S414)를 수행할 수 있다.
외부 고출력 요구 시스템(300)이 연결되었다고 인식된 후, 제어부(170)는 병렬 회로 상의 경로를 차단하고, 직렬 회로 상의 경로를 도통시켜 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 그룹들(100a, 100b, , 100n)에 저장된 전기 에너지를 직렬 회로 상의 도통시킨 경로를 통해 충전 전력의 전압 값보다 높은 전압 값을 갖는 고전압 상태로 연결된 외부 고출력 요구 시스템(300)에 공급하는 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계(S430)을 수행할 수 있다.
더욱 상세하게는, 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치(100)의 제어부(170)가 수행하는 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계(S430)는 다음과 같은 단계들 포함하여 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법의 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계를 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)과 병렬로 연결된 FET부(140)에 포함된 충전 FET(142: 142a, 142b)의 상태를 오프 상태로 제어하여 병렬 회로 상의 경로를 차단시키는 충전 FET 오프 단계(S431)를 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET(141)의 상태를 온 상태로 제어하여 직렬 회로 상의 경로를 도통시키는 방전 FET 온 단계(S432)를 수행할 수 있다.
그 후, 제어부(170)는 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(100a, 100b, , 100n)에 저장된 전지 에너지를 도통시킨 직렬 회로의 경로를 통해 고전압 상태로 방전하여 외부 고출력 요구 시스템(300)에 공급하는 직렬 회로 방전 제어 단계(S433)를 수행할 수 있다.
3. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 상황별 직병렬 회로 동작의 일 예
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치의 상황별 직병렬 회로 동작을 나타내는 예시도이다.
도 9를 참조하면, 외부 충전 장치(200)의 연결 상태가 인식된 충전 상황에서 노멀 동작을 수행하는 제어부(170)는 방전 FET(141)의 상태가 오프 상태가 되도록 제어하여 직렬 회로 상의 경로로 흐를 수 있는 충전 전류를 차단하고, 제1 충전 FET(142a) 및 제2 충전 FET(142b)의 상태가 온 상태가 되도록 제어하여 병렬 회로 상의 경로를 도통시켜 충전 전류가 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(110a, 110b, , 110n) 흐르도록 하여 병렬 회로 충전 제어를 수행할 수 있다.
또한, 외부 고출력 요구 시스템(300)의 연결 상태가 인식된 방전 상황 또는 리셋 상황에서 노멀 동작을 수행하는 제어부(170)는 제1 충전 FET(142a) 및 제2 충전 FET(142b)의 상태를 오프 상태로 제어하여 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐를 수 있는 방전 전류를 차단하고, 방전 FET(141)의 상태를 온 상태로 제어하여 직렬 회로 상의 경로를 도통시켜 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀 그룹들(110a, 110b, , 110n)에 저장된 전기 에너지가 도통된 직렬 회로 상의 경로를 통해 고전압 상태로 방전되어 외부 고출력 요구 시스템(300)에 공급되는 직렬 회로 방전 제어를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 장치
110: 배터리 팩
110a: 제1 배터리 팩 그룹
110b: 제2 배터리 팩 그룹
110n: 제n 배터리 팩 그룹
120: AFE부
120a: 제1 AFE
120b: 제2 AFE
120n: 제n AFE
130: 물리적 스위치
140: FET
141: 방전 FET
142: 충전 FET
142a: 제1 충전 FET
142b: 제2 충전 FET
150: 충방전 전류 감지부
151: 충전 전류 감지 저항
152: 방전 전류 감지 저항
160: 격리 소자
170: 제어부

Claims (6)

  1. 직렬 회로, 병렬 회로 및 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 포함하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법에 있어서,
    외부 충전 장치 또는 외부 고출력 요구 시스템의 연결 여부를 판단하는 외부 장치 연결 여부 판단 단계;
    상기 외부 충전 장치가 연결되었다고 판단된 경우, 상기 직렬 회로 상의 경로를 차단하고, 상기 병렬 회로 상의 경로를 도통시켜 상기 외부 충전 장치로부터 공급되는 충전 전력을 도통시킨 상기 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐르게 하여 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 충전하는 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계; 및
    상기 외부 고출력 요구 시스템이 연결되었다고 판단된 경우, 상기 병렬 회로 상의 경로를 차단하고, 상기 직렬 회로 상의 경로를 도통시켜 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들에 저장된 전기 에너지를 상기 충전 전력보다 높은 전압 값을 갖는 고전압 상태로 방전하여 연결된 상기 외부 고출력 요구 시스템에 공급하는 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 장치 연결 여부 판단 단계는,
    상기 충전 전력의 전류를 감지할 수 있는 충전 전류 감지 저항을 통해 감지된 충전 전류의 존재 유무나 상기 외부 충전 장치와 데이터 송수신 진행 여부에 따라 상기 외부 충전 장치의 연결 여부를 판단하는 외부 충전 장치 연결 여부 판단 단계; 및
    감지된 상기 충전 전류의 존재하거나 상기 데이터 송수신 진행 중이라고 판단된 경우, 상기 외부 충전 장치가 연결되었음을 인식하는 외부 충전 장치 연결 인식 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 장치 연결 여부 판단 단계는,
    상기 외부 고출력 요구 시스템의 연결 시 발생하는 물리적 힘에 의해 출력 신호의 상태가 전환되는 물리적 스위치의 상태의 전환 여부에 따라 상기 외부 고출력 요구 시스템의 연결 여부를 판단하는 외부 고출력 요구 시스템 연결 여부를 판단 단계; 및
    상기 출력 신호의 상태가 전환된 경우, 상기 외부 고출력 요구 시스템이 연결되었음을 인식하는 외부 충전 장치 연결 인식 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 병렬 회로 배터리 팩 충전 단계는,
    상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들과 병렬로 연결된 충전 FET의 상태를 온 상태로 제어하여 상기 병렬 회로 상의 경로를 도통시키는 충전 FET 온 단계;
    상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET의 상태를 오프 상태로 제어하여 상기 직렬 회로 상의 경로를 차단시키는 방전 FET 오프 단계; 및
    상기 충전 전력을 도통된 상기 병렬 회로 상의 경로를 통해 흐르게 하여 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 충전하는 병렬 회로 충전 제어 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 직렬 회로 배터리 팩 방전 단계는,
    상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들과 병렬로 연결된 충전 FET의 상태를 오프 상태로 제어하여 상기 병렬 회로 상의 경로를 차단시키는 충전 FET 오프 단계;
    상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들을 구성하는 각각의 배터리 셀 그룹 사이에 직렬 연결된 방전 FET의 상태를 온 상태로 제어하여 상기 직렬 회로 상의 경로를 도통시키는 방전 FET 온 단계; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들에 저장된 전지 에너지를 도통시킨 상기 직렬 회로의 경로를 통해 상기 고전압 상태로 방전하여 상기 외부 고출력 요구 시스템에 공급하는 직렬 회로 방전 제어 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 복수 개의 배터리 셀 그룹들은,
    각각의 배터리 셀 그룹으로 구성되되, 상기 배터리 셀 그룹은 서로간 직렬 연결된 상기 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 직병렬 동작 제어 방법.
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