KR20170104942A - 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 이용한 배터리 과충전 방지 방법 - Google Patents

배터리 과충전 방지 장치 및 이를 이용한 배터리 과충전 방지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 양단에 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전압을 미리 설정된 비율에 따라 분배하는 전압분배부, 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압이 미리 설정된 기준전압보다 큰 경우, 제어전류가 흐르도록 동작하는 전압감지부 및 상기 전압감지부의 동작에 의해 상기 배터리모듈과 충전모듈을 전기적으로 연결하는 제1 릴레이의 구동을 차단하는 제2 릴레이를 포함한다.

Description

배터리 과충전 방지 장치 및 이를 이용한 배터리 과충전 방지 방법 {APPARATUS FOR PREVENTING OVERCHARGE OF BATTERY AND METHOD FOR PREVENTING OVERCHARGE OF BATTERY BY USING THE SAME}
본 발명은 배터리 과충전 방지 장치에 관한 것이다.
리튬이온 배터리모듈은 방전된 경우에도 충전하여 재사용이 가능하지만, 일정 전압 이상으로 과충전되는 경우, 배터리가 폭발하거나 발화할 수 있다. 또한, 통상적으로 배터리모듈은 설계 사양을 만족하기 위하여 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함한다. 이로 인하여 배터리모듈에 포함된 배터리 셀 중 하나의 셀이라도 과충전되어 폭발하거나 발화하는 경우, 과충전이 발생한 배터리 셀 뿐만 아니라 인접한 다른 배터리 셀들에도 악영향을 미치게 되어 배터리모듈 전체의 내구성이 악화된다. 따라서, 배터리모듈의 과충전을 방지하는 것은 배터리의 내구성뿐만 아니라 사용자의 안전을 확보하기 위하여 필수적이다.
JP 2014-30281 A
본 발명은 배터리 셀의 전압을 기초로 배터리모듈의 과충전 여부를 판단하며, 과충전으로 판단된 경우 배터리모듈과 충전모듈 사이의 전기적 연결을 차단하는 배터리 과충전 방지 장치 및 배터리 과충전 방지 방법을 제공한다.
또한, 차량의 시동 온 상태에서만 배터리 셀의 전압을 검출하여 전력 소모를 최소화함으로써 셀 간 전압 편차를 줄여 배터리의 수명 단축을 방지할 수 있는 과충전 방지 장치 및 배터리 과충전 방지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치는, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 양단에 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전압을 미리 설정된 비율에 따라 분배하는 전압분배부, 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압이 미리 설정된 기준전압보다 큰 경우, 제어전류가 흐르도록 동작하는 전압감지부 및 상기 전압감지부의 동작에 의해 상기 배터리모듈과 충전모듈을 전기적으로 연결하는 제1릴레이의 구동을 차단하는 제2릴레이를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2릴레이는 상기 제1릴레이를 구동하는 제1구동전류가 전달되는 경로에 위치하며, 상기 제어전류를 이용하여, 상기 제어전류보다 크고 상기 제2 릴레이의 동작 전류와 같거나 큰 크기의 제2 구동전류를 생성하고, 상기 제2 릴레이에 인가하는 릴레이 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압분배부는 상기 배터리 셀의 양극과 연결된 제1 저항 및 상기 배터리 셀의 음극과 연결된 제2 저항을 포함하며, 상기 제1 저항과 상기 제2 저항은 서로 직렬로 연결할 수 있다.
또한, 상기 제1 저항은 150kΩ 내지 300kΩ 이며, 상기 제2 저항은 86.5kΩ 내지 875.6kΩ 일 수 있다.
또한, 상기 전압감지부는 레퍼런스 단자에 인가된 상기 분배된 전압이 상기 기준전압 이상인 경우, 턴온(turn on)되어 상기 제어전류가 흐르는 션트레귤레이터일 수 있다.
또한, 상기 릴레이 구동부는 상기 전압감지부에서 흐르는 상기 제어전류가 인가되어 바이어스전압을 생성하는 제3 저항 및 상기 바이어스전압이 구동단자에 인가되면 턴온(turn on)되어,제2 릴레이의 제2 코일에 제2 구동전류를 인가하는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어전류는 1mA 내지 25mA이며, 상기 제2 구동전류는 25mA 내지 500mA 일 수 있다.
또한, 상기 제2 릴레이는 상기 제2 구동전류가 인가되어 상기 제1 구동전류의 경로를 차단시킨 후에, 상기 제2 구동전류가 인가되지 않는 상태로 전환되더라도 상기 제1 구동전류의 경로를 차단한 상태로 유지될 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀과 상기 과충전방지장치 사이에 연결되어, 차량측에서 인가되는 점화신호에 기초하여, 상기 배터리 셀과 과충전방지장치를 연결 또는 차단하는 제3릴레이를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 점화신호는 자동차의 시동 오프 상태에서 인가되지 않고, 자동차의 시동 온 상태에서 인가될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 방법은, 배터리 셀의 전압을 센싱하는 전압감지부를 이용하여 배터리모듈의 과충전 여부를 판단하는 제1 단계 및 상기 배터리모듈이 과충전으로 판단되는 경우, 상기 배터리모듈과 충전모듈 사이를 연결하는 제1 릴레이에 인가되는 제1 구동전류의 경로에 연결된 제2 릴레이에 제2 구동전류를 인가하여 상기 배터리모듈과 충전모듈 사이를 차단하는 제2 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 단계는 상기 배터리 셀의 전압을 직렬 연결된 복수의 저항을 이용하여 분배하는 단계 및 상기 배터리 셀의 분배된 전압은 상기 전압감지부에 의해 센싱되며, 배터리 셀의 분배된 전압이 미리 설정된 기준전압 이상인 경우 상기 배터리모듈이 과충전된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 단계는 상기 배터리모듈이 과충전으로 판단되는 경우, 상기 전압감지부를 통해 흐르는 제어전류가 제3 저항에 인가되어 바이어스전압을 생성하는 단계, 상기 바이어스전압이 트랜지스터의 베이스 단자에 인가되어 상기 트랜지스터를 턴온(turn on)시켜 상기 제2 구동전류가 상기 제2 릴레이에 인가되는 단계 및 상기 제2 구동전류가 인가된 상기 제2 릴레이가 동작하여, 상기 제1 릴레이에 인가되는 상기 제1 구동전류의 경로를 차단하고, 상기 제1 구동전류가 인가되지 않은 상기 제1 릴레이가 개방되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 차량측으로부터 점화신호가 인가되면 상기 배터리모듈과 과충전방지회로 사이에 연결된 제3 릴레이가 단락되고, 상기 점화신호가 인가되지 않으면 상기 제3 릴레이가 개방되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예는 배터리모듈 충전시 배터리 셀의 전압을 기초로 배터리 과충전여부를 판단하여, 과충전시 배터리모듈과 충전모듈의 연결을 차단함으로써 배터리모듈의 내구성 및 안정성을 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예는 배터리관리시스템(BMS)과 독립적으로 구동되는 과충전방지회로를 포함하기 때문에, 배터리관리시스템(BMS)이 오작동 또는 파손되는 경우에도 배터리모듈의 과충전을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 전압분배부에 포함된 저항의 비율을 통해 배터리 셀의 분배된 전압의 크기를 조정할 수 있으므로, 배터리 셀의 분배된 전압이 인가되는 전압감지부를 다양하게 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 제2 릴레이의 구동을 위한 제2 구동전류가 트랜지스터를 통해 생성 및 증폭되기 때문에, 저전압용 션트레귤레이터를 전압감지부로 선택할 수 있어, 과충전방지회로에서 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 차량의 시동 온 상태에서만 배터리 셀의 전압을 검출하여 전력 소모를 최소화함으로써 셀 간 전압 편차를 줄여 배터리의 수명 단축을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 도 1의 과충전방지회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 배터리 셀이 정상상태일 경우 과충전방지회로 내의 전류 및 제1 릴레이의 제1 구동전류의 흐름을 나타낸 도면이다
도 4는 배터리 셀이 과충전상태일 경우 과충전방지회로 내의 전류 및 제1 릴레이의 제1 구동전류의 흐름을 나타낸 도면이다
도 5는 도 2에서 제3 릴레이를 더 포함하는 과충전 방지 장치를 나타낸 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시된 과충전 방지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치를 나타낸 블럭도이며, 도 2는 도 1의 과충전방지회로를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치는, 복수의 배터리 셀(11)을 포함하는 배터리 모듈(10)에서 적어도 하나의 배터리 셀(11)의 양단에 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀(11)의 전압을 미리 설정된 비율에 따라 분배하는 전압분배부(110), 전압분배부(110)에 의해 분배된 전압이 미리 설정된 기준전압보다 큰 경우, 제어전류가 흐르도록 동작하는 전압감지부(120) 및 상기 전압감지부(120)의 동작에 의해 상기 배터리모듈(10)과 충전모듈(400)을 전기적으로 연결하는 제1릴레이(200)의 구동을 차단하는 제2릴레이(140)를 포함한다.
배터리모듈(10)은 직렬로 연결된 적어도 하나의 배터리 셀(11)을 포함하고 있다. 또한, 배터리모듈(10)은 제1 릴레이(200)를 통해 충전모듈(400)과 전기적으로 연결되어 있으며, 충전모듈(400)을 이용하여 충전된다.
충전모듈(400)은 제1 릴레이(200)를 통해 배터리모듈(10)을 충전한다. 충전모듈(400)은 차량 또는 기타 전원장치를 포함한다. 예를 들어, 충전모듈(400)은 전기자동차에 구비되는 인버터 및 모터를 포함할 수 있다. 이 경우, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 희생제동 시 발생되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리모듈(10)을 충전할 수 있다. 다만, 충전모듈(400)은 이에 한정되는 것이 아니며, 배터리모듈(10)을 충전할 수 있는 것이라면 본 발명의 실시예에 적용가능하다.
제1 릴레이(200)는 배터리모듈(10)과 충전모듈(400) 사이에 연결되어, 충전모듈(400)에서 배터리모듈(10)로 유입되는 충전전류의 유입을 제어한다.
제1 릴레이는 제1 메인 릴레이(+), 제2 메인 렐리이(-), 프리차지(Pre-Charge) 릴레이, 프리차지(Pre-Charge) 저항을 포함하는 파워릴레이 어셈블리 (PRA: Power Relay Assembly)로 구성될 수 있다. 제1 메인 릴레이(+)는 배터리 모듈(10)의 양극 단자에 연결되고, 제2 메인 릴레이(-)는 배터리 모듈(10)의 음극 단자에 연결되어, 배터리 모듈(10)과 충전모듈(400) 사이의 전기적인 연결을 차단할 수 있다.
프리차지 저항과 프리차지 릴레이는 배터리 모듈(10)에서 출력되는 전류가 제1 메인 릴레이(+)에 접속하기 전에 프리차지(Pre-Charge) 되도록 하는 것이다. 이를 통해, 제1 메인 릴레이에 바로 접속 시 발생할 수 있는 아크 방전(Arc Discharge)을 방지하여 회로의 안정성을 확보할 수 있다. 이 때, 프리차지 릴레이는 제1 메인 릴레이(+)와 병렬로 연결되고 프리차지 저항은 프리차지 릴레이와 직렬로 연결될 수 있다. 파워릴레이어셈블리의 각각의 릴레이는 배터리관리장치(BMS)에 의해 제어될 수 있다.
이하에서는 발명의 내용을 명확히 하기 위하여 제1 릴레이를 하나의 코일과 하나의 스위치를 갖는 릴레이로 단순화하여 설명한다. 제1 릴레이(200)는 제1 스위치(202)와 제1 코일(201)을 포함한다. 구체적으로, 제1 스위치(202)의 일단(a1)은 배터리모듈(10)과 연결되고, 타단(a2)은 충전모듈(400)과 연결된다. 제1 코일(201)에 제1 구동전류(I1)가 유입되는 경우 제1 스위치(202)는 온(on)으로 동작함으로써 충전모듈(400)에서 배터리모듈(10)로 충전전류가 흐르게 된다. 반대로 코일에 제1 구동전류(I1)가 유입되지 않은 경우 스위치는 오프(off)로 동작하게 되며, 충전모듈(400)과 배터리모듈(10) 사이의 전기적 연결이 차단되고 충전전류가 유입되지 않는다. 따라서 제1 릴레이(200)의 구동을 위한 제1 구동전류(I1)가 제1 코일(201)에 흐르는지 여부에 따라 배터리모듈(10)의 충전여부가 결정된다.
이때, 제1 코일(201)의 일단(b1)은 과충전방지회로(100)와 연결되어 있으며, 제1 코일(201)의 타단(b2)은 배터리관리시스템(300, Battery Managemnt System, BMS)에 연결되어 있다. 배터리관리시스템(300)은 배터리모듈(10)의 상태를 모니터링하여 제1 구동전류(I1)의 생성을 제어한다.
이하에서 배터리관리시스템(300)을 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치는 배터리관리시스템(BMS) 또는 기타 제어장치의 정상 작동이나 고장 상태에 무관하게 배터리관리시스템(BMS)으로부터 독립적으로 동작한다. 그러므로 제1 코일(201)의 타단(b2)은 배터리관리시스템(300) 이외에, 배터리 모듈(10)의 충전을 제어할 수 있는 기타 제어장치 등과 연결될 수 있으며, 경우에 따라서는 제1 코일(201)의 타단(b2)이 12V 전원에 곧바로 연결되어 배터리 모듈(10)과 충전모듈(400)이 항시 연결되도록 구성될 수도 있다. 그러므로 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치는 배터리관리시스템(BMS) 등의 제어장치의 고장 상태라도 정상적으로 동작하여 배터리의 과충전을 방지할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로 배터리 관리 시스템(300)은 배터리모듈(10)의 충전상태를 모니터링하고, 정상상태로 판단하는 경우 제1 구동전류(I1)를 생성하여 제1 코일(201)에 유입시키며, 과충전으로 판단되는 경우 제1 구동전류(I1)의 생성을 중단하여 배터리모듈(10)의 충전을 중단시킨다.
배터리관리시스템(300)은 과충전시 배터리가 부풀어오르는 스웰링(swelling)현상의 발생여부에 따라 배터리모듈(10)의 과충전여부를 판단할 수 있다. 다만, 스웰링 현상은 배터리모듈(10)의 각 특성에 따라 불규칙하게 나타날 수 있어, 배터리모듈(10)의 과충전 여부를 정확하게 판단하기 어려운 점이 있다. 또한, 최근 배터리관리시스템(300)에 다양한 기능을 부가하기 위하여, 배터리관리시스템(300)은 더욱 정밀해지고 집적화가 이루어졌다. 이에 따라 배터리관리시스템(300)은 오작동이 발생할 가능성이 높아지고, 외부의 충격이 가해짐에 따라 쉽게 파손될 우려가 있다. 따라서 배터리관리시스템(300)이 오작동 또는 파손시 배터리모듈(10)이 과충전되어 폭발할 위험성을 가진다.
따라서, 제1 구동전류(I1)를 정확하게 제어하기 위하여 본 발명의 일실시예는 배터리관리시스템(300)외에 별도의 과충전방지회로(100)를 포함함으로써, 배터리모듈(10)이 과충전되어 폭발하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
과충전방지회로(100)는 배터리 셀(11)의 분배된 전압을 미리 설정된 기준전압(VR)에 비교하여 과충전여부를 판단하며, 과충전으로 판단되는 경우, 제1 릴레이(200)의 제1 코일(201)과 전기적으로 연결되는 제2 릴레이(140)의 구동을 위한 제2 구동전류(I2)를 생성 및 증폭함으로써, 제1 릴레이(200)의 구동을 위한 제1 구동전류(I1)를 제어한다. 즉, 과충전방지회로(100)는 배터리 셀(11)의 전압을 센싱하여 과충전여부를 판단하며, 과충전으로 판단되는 경우 제1 코일(201)의 일단(b1)과 연결되는 제2 릴레이(140)를 이용하여 제1 구동전류(I1)를 제어한다.
제2 릴레이(140)는 상기 제1릴레이(200)를 구동하는 제1 구동전류(I1)가 전달되는 경로에 위치한다. 제2 릴레이(140)는 제2 코일(141)과 제2 스위치(142)를 포함하며, 제2 스위치(142)의 제1 단자(142a)와 제1 코일(201)의 일단(b1)이 연결되고, 제2 스위치(142)의 제2 단자(142b)와 접지(ground)가 연결된다.
구체적으로, 과충전방지회로(100)는 과충전으로 판단되는 경우, 제2 릴레이(140)의 구동전류를 생성 및 증폭시켜 제2 릴레이(140)의 제2 코일(141)에 유입한다. 이에 따라 제2 릴레이(140)에 포함된 제2 스위치(142)가 구동하게 되며, 제1 구동전류(I1)의 경로는 오픈(open)된다. 그 결과 제1 스위치(202)는 개방되며, 배터리모듈(10)의 충전은 중단된다. 따라서 배터리 관리 시스템이 오작동하여 제1 구동전류(I1)를 생성하여도 과충전방지회로(100)가 제1 구동전류(I1)의 경로를 차단하므로, 배터리모듈(10)의 과충전을 방지할 수 있다. 이로 인하여 배터리모듈(10)의 내구성을 향상시킬 수 있으며 안정성을 확보할 수 있다.
도 2 는 과충전방지회로(100)를 나타내는 회로도이며, 도 3은 배터리 셀(11)이 정상상태일 경우 과충전방지회로(100) 내의 전류 및 제1 릴레이(200)의 제1 구동전류의 흐름을 나타낸 도면이다. 또한, 도 4 는 배터리 셀(11)이 과충전상태일 경우 과충전방지회로(100) 내의 전류 및 제1 릴레이(200)의 제1 구동전류의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 2 내지 도 4를 중심으로 과충전방지회로(100)의 구성과 구동방식을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 과충전방지회로(100)는 제2 릴레이(140), 전압분배부(110), 전압감지부(120) 및 릴레이 구동부(130)를 포함한다.
전압분배부(110)는 직렬 연결된 복수의 저항을 포함하며, 배터리 셀(11)의 양단에 연결되어 배터리 셀(11)의 전압을 일정 비율로 분배한다. 전압분배부(110)는 배터리 셀(11)과 병렬로 연결되어 있으므로, 전압분배부(110)의 양단에는 배터리 셀(11)의 전압이 인가되며, 전압분배부(110)에 포함된 복수의 저항에 의해 배터리 셀(11)의 전압은 분배된다. 이때 전압분배부(110)는 반드시 하나의 배터리 셀(11)과 연결될 필요는 없으며 복수개의 배터리 셀(11)의 양단과 연결될 수 있으며, 배터리모듈(10)의 양단과도 연결될 수 있다.
전압분배부(110)는 도 2 에 도시된 바와 같이 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)을 포함할 수 있다. 제1 저항(111)은 배터리 셀(11)의 양극과 연결되며 제2 저항(112)은 배터리 셀(11)의 음극과 연결된다. 제1 및 2 저항(111,112)은 서로 직렬로 연결되어 있다. 따라서 배터리 셀(11)의 전압은 제1 및 제2 저항(111,112)의 크기의 비율에 따라 배터리의 셀(11)의 전압을 분배된다.
이때, 제1 저항(111)의 크기는 75.3kΩ 내지 300kΩ 일 수 있으며, 바람직하게는 150kΩ 일 수 있다. 제2 저항(112)의 크기는 86.5 kΩ 내지 875.6kΩ 일 수 있으며 바람직하게는 437.8 kΩ 일 수 있다. 제1 및 제2 저항(111,112)의 크기를 증가시키는 경우 제1 및 제2 저항(111,112)에 흐르는 전류(I4)는 감소하게 된다. 제1 및 제2 저항(111,112)에서 소모되는 전력(P)는 전류(I4)의 제곱에 전체저항(R1+R2)을 곱한 것(P=I2*(R1+R2))으로 정의될 수 있다. 따라서, 전류의 제곱을 전체 저항에 곱하기 때문에 저항의 크기가 증가하여도 전류의 크기가 감소하게 됨에 따라 제1 및 제2 저항(111,112)에서 소모되는 전력은 감소된다. 따라서 제1 저항(111)을 75.3kΩ 내지 300kΩ 으로 하며, 제2 저항(112)의 크기를 86.5 kΩ 내지 875.6kΩ 으로 하는 경우 제1 저항(111)과 제2 저항(112)이 소모하는 전력이 감소되어 소모전력을 줄이는 효과를 가진다.
제1 저항(111)과 제2 저항(112)의 비율은 전압분배부(110)가 전압감지부(120)에 공급하는 분배전압의 크기(V2)와, 배터리 셀(11)이 전압분배부(110)에 공급하는 전압의 크기(V0)에 따라 정해진다. 예를 들어, 배터리 셀(11)의 전압이 V0이고, 전압분배부(110)에 공급되는 전압이 V2라 하면, V2=V0*R2/(R1+R2)이며, R1과 R2의 비율은 R1/R2=(V0-V2)/V2 로 정리할 수 있다.
전압감지부(120)는 분배된 전압(V2)과 미리 설정된 기준전압(VR)을 비교하여, 분배된 전압(V2)이 기준전압(VR) 이상인 경우 제어전류(I3)를 발생시킨다. 전압감지부(120)는 전압분배부(110)와 연결되어 배터리 셀(11)의 분배된 전압(V2)을 인가받으며. 분배된 전압(V2)이 기준전압(VR) 이상인 경우, 배터리모듈(10)이 과충전된 것으로 판단되어 제어전류(I3)를 발생시킨다.
이때, 전압감지부(120)는 션트레귤레이터(Shunt Regulator) 일 수 있다. 션트레귤레이터는 레퍼런스 단자(c3)에 인가된 분배된 전압(V2)이 기준전압(VR) 이상인 경우, 턴온(turn on)되어 제어전류(I3)가 흐른다. 션트레귤레이터는 외부 온도에 따른 작동전압의 편차가 무접점 릴레이 소자(SSR: Solid State Relay) 등에 비하여 상당히 작기 때문에, 동작편차를 최소화함으로써 과충전방지회로(100)의 정밀도를 높일 수 있다. 션트레귤레이터의 캐소드 단자(c1)는 배터리 셀(11)의 양극과 연결되며, 애노드 단자(c2)는 배터리 셀(11)의 음극과 연결되고, 레퍼런스 단자(c3)는 제1 저항(111)과 제2 저항(112)의 접점에 연결된다.
따라서, 레퍼런스 단자(c3)에 배터리 셀(11)의 분배된 전압(V2)이 인가되고, 분배된 전압(V2)이 기준전압(VR)보다 작은 경우, 즉 배터리모듈(10)이 정상상태인 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 션트레귤레이터의 캐소드 단자(c1)와 애노드 단자(c2)는 전기적으로 차단되어 있어 제어전류(I3)가 발생되지 않는다.
반대로 레퍼런스 단자(c3)에 인가된 분배전압(V2)이 기준전압(VR)보다 이상인 경우, 즉 배터리모듈(10)이 과충전 상태인 경우, 도 4 에 도시된 바와 같이 캐소드 단자(c1)와 애노드 단자(c2)가 전기적으로 연결되어 캐소드 단자(c1)와 애노드 단자(c2)를 통해 제어전류(I3)가 흐른다.
예를 들어, 배터리 셀(11)의 전압이 4.5V 이상인 경우 과충전 상태로 판단할 수 있으며, 전압분배부(110)의 저항값의 선택과 저전압 션트레귤레이터의 종류에 따라 기준전압(VR)이 2.5V이상인 경우 과충전상태로 판단할 수 있도록 과충전방지회로(100)를 구성할 수 있다. 또는, 배터리 셀의 과충전 시 나타나는 전압이 4.7V이고, 션트레귤레이터가 턴온(turn on)되는 기준전압(VR)이 3.5V라 할 때, 제1 저항(111)이 150 kΩ, 제2 저항(112)이 437.8 kΩ 으로 선택할 수 있다. 배터리 셀(11)이 4.7V 이상의 전압으로 과충전되는 경우, 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 접점의 전압(V2)이 3.5V 이상이 되고, 3.5V 이상의 전압이 션트레귤레이터의 레퍼런스 단자(c3)에 인가되어 션트레귤레이터가 턴온(turn on) 된다. 션트레귤레이터가 턴온(turn on)되면, 션트레귤레이터의 캐소드 단자(c1)와 애노드 단자(c2)를 통해 제어전류(I3)가 흐른다.
션트레귤레이터는 과충전 여부를 판단하기 위해 배터리모듈(10)이 충전되는 동안 구동되기 때문에 전력을 소모하게 된다. 션트레귤레이터에서 소모되는 전력을 줄이기 위해 저전압용 션트레귤레이터를 본 발명의 일실시예에 적용할 수 있다. 이때, 저전압용 션트레귤레이터의 기준전압(VR)의 크기는 낮아질 수 있으며, 제어전류(I3)의 크기도 함께 감소될 수 있다. 그 결과 감소된 제어전류(I3)는 제2 릴레이(140)를 구동하기 위한 제2 구동전류(I2)보다 작은 상황이 발생할 수 있으며, 이 경우 제어전류(I3)를 제2 릴레이(140)의 제2 코일(141)에 유입시켜도 제2 릴레이(140)를 구동할 수 없게 된다.
예를 들어, 션트레귤레이터는 오프(Off) 상태에서 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 접점의 전압(V2)을 감시하고, 온(On)상태에서 캐소드 단자(c1)와 애노드 단자(c2)를 통해 흐르는 제어전류(I3)가 12mA이고 션트레귤레이터의 최대출력전압이 10V인 저전압 션트레귤레이터를 사용할 수 있다.
따라서, 제2 릴레이(140)가 구동하기 위해 필요한 제2 구동전류(I2)의 크기가 25mA라고 가정하는 경우 제2 릴레이(140)의 제2 코일(141)에 저전압 션트레귤레이터를 통해 흐르는 제어전류(I3)를 유입하여도 제2 릴레이(140)는 구동되지 않는다. 따라서 저전압용 션트레귤레이터를 과충전방지회로(100)에 적용하기 위해서 본 발명의 일실시예는 릴레이 구동부(130)를 포함한다.
릴레이 구동부(130)는 제어전류(I3)를 이용하여, 제어전류(I3)보다 크고 제2 릴레이(140)의 동작 전류와 같거나 큰 크기의 제2 구동전류(I2)를 생성하고, 제2 릴레이(140)에 인가한다. 즉, 릴레이 구동부(130)는 제어전류(I3)를 이용하여 바이어스전압(V3)을 생성하며, 바이어스전압(V3)이 생성되는 경우 제2 구동전류(I2)를 생성 및 증폭시켜 제2 릴레이(140)의 구동을 제어한다.
도 2에 도시된 바와 같이 릴레이 구동부(130)는 전압감지부(120)에서 흐르는 제어전류(I3)가 인가되어 바이어스전압(V3)을 생성하는 제3 저항(131) 및 바이어스전압(V3)이 구동단자(c3)에 인가되면 턴온(turn on)되어, 제2 릴레이(140)의 제2 코일(141)에 제2 구동전류(I2)를 인가하는 트랜지스터(132)를 포함할 수 있다.
제3 저항(131)은 제어전류(I3)가 유입될 수 있도록 전압감지부(120)와 직렬로 연결되며, 트랜지스터(132)가 구동하기 위한 바이어스전압(V3)을 생성한다. 제3 저항(131)의 일단(e1)은 션트레귤레이터의 애노드 단자(c2)와 연결되어 있으며, 제3 저항(131)의 타단(e2)은 배터리 셀(11)의 음극과 연결된다(도 2 참조). 따라서 캐소드 단자(c1)와 애노드 단자(c2) 사이에 흐르는 제어전류(I3)는 제3 저항(131)에 유입하게 되며, 그 결과 제3 저항(131)의 양단에는 바이어스전압(V3)이 발생하게 된다.
트랜지스터(132)의 베이스 단자(d3)는 션트레귤레이터의 애노드 단자(c2) 및 제3 저항(131)의 일단(e1)과 연결되며, 콜렉터 단자(d1)는 제2 코일(141)의 타단(141b)과 연결되고, 에미터 단자(d2)는 배터리 셀(11)의 음극과 연결된다(도2 참조). 베이스 단자(d3)가 제3 저항(131)의 일단(e1)과 연결되기 때문에, 베이스 단자(d3)에 바이어스전압(V3)이 인가된다. 바이어스전압(V3)이 베이스 단자(d3)에 인가되는 경우, 콜렉터 단자(d1)와 에미터 단자(d2) 사이에 제2 구동전류(I2)가 발생되며 증폭된다.
도 3 에 도시된 바와 같이 배터리모듈(10)이 정상상태로 판단되는 경우, 제3 저항(131)에 제어전류(I3)가 유입되지 않으므로, 트렌지스터의 베이스 단자(d3)에는 바이어스 전압(V3)이 인가되지 않으며, 트랜지스터(132)의 콜렉터 단자(d1)와 에미터 단자(d2) 사이에 제2 구동전류(I2)가 흐르지 않는다.
그러나 도 4에 도시된 바와 같이 전압감지부(120)인 션트레귤레이터가 배터리모듈(10)이 과충전상태라고 판단하는 경우, 제3 저항(131)에는 제어전류(I3)가 유입되어 바이어스 전압(V3)이 생성된다. 생성된 바이어스전압(V3)은 트랜지스터(132)의 베이스 단자(d3)에 인가되며, 이로 인하여 콜렉터 단자(d1)에서 에미터 단자(d2)로 흐르는 제2 구동전류(I2)가 생성 및 증폭된다.
트랜지스터(132)는 바이어스전압(V3)에 따라 콜렉터 단자(d1)부터 에미터 단자(d2)로 흐르는 전류의 크기를 증폭시킬 수 있기 때문에 션트레귤레이터의 제어전류(I3)의 크기가 작은 경우라도 제2 릴레이(140)를 구동시킬 수 있다. 따라서, 저전압용 션트레귤레이터를 본 발명의 일실시예에 적용하더라도 제2 릴레이(140)를 구동시킬 수 있어 배터리모듈(10)의 과충전을 방지할 수 있다.
이때, 제어전류(I3)는 1mA 내지 25mA이며 제2 구동전류(I2)는 25mA 내지 500mA일 수 있다. 션트레귤레이터에 소모되는 전력을 최소화하기 위하여 션트레귤레이터에 흐르는 제어전류(I3)의 크기를 1mA 내지 25mA로 결정하고, 제2 구동전류(I2)의 크기는 제2 릴레이를 구동할 수 있는 25mA 내지 500mA로 결정할 수 있다. 이 경우에도 트랜지스터(132)를 이용하여 제2 구동전류(I2)를 25mA 내지 500mA사이로 증폭시킬 수 있으므로 제2 릴레이(140)의 구동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 이러한 저전압 션트레귤레이터를 사용하면서 제1 저항(111)이 150 kΩ, 제2 저항(112)이 437.8 kΩ 인 경우, 배터리 셀(11)의 전압이 3.8V일 때, 배터리 셀(11)을 감시하는 과충전방지회로(100)가 소모하는 전류가 39.5uA로 매우 작은 전류만을 소모하게 된다. 따라서 전압분배부(110)를 고저항으로 구성하고, 전압감지부(120)를 저전압 션트레귤레이터로 구성함에 의해, 배터리 셀(11)의 전력소모를 최소한으로 절감하는 효과가 있다. 과충전방지회로(100)가 소모하는 전류량은 배터리 셀(11)의 전압에 따라 달라질 수 있다.
제2 릴레이(140)는 도2 에 도시된 바와 같이 제2 코일(141)과 제2 스위치(142)를 포함한다. 제2 릴레이(140)의 제2 코일(141)의 일단(141a)은 배터리 셀(11)의 양극과 연결되며, 타단(141b)은 트랜지스터(132)의 콜렉터 단자(d1)와 연결된다. 제2 릴레이(140)의 제2 스위치(142)는 제1 내지 제6 단자(142a~142f)를 포함하고 있으며, 제1 단자(142a)는 제1 릴레이(200)의 제1 코일(201)의 일단(b1)과 연결되며, 제2 단자(142b)는 접지된다. 제3 단자(142c)는 오픈되어 있다.
제2 릴레이(140)는 별도의 제어가 있기 전까지 동작 상태를 그대로 유지시키는 비복귀 회로로 형성될 수 있다. 제2 릴레이(140)는 제2 구동전류(I2)가 인가되어 제1 구동전류(I1)의 경로를 차단시킨 후에, 제2 구동전류(I2)가 인가되지 않는 상태로 전환되더라도 제1 구동전류(I1)의 경로를 차단한 상태로 유지된다. 따라서 제2 코일(141)에 제2 구동 전류가 인가되면 제2 스위치(142)가 동작되는 것으로, 별도의 제어가 있기 전까지 제2 스위치(142)의 동작 상태를 그대로 유지시켜 준다.
비복귀회로로 형성된 제2 릴레이(140)는 별도의 제어가 있기 전까지 배터리모듈(10)로 공급되는 충전전류를 차단해 줌으로써, 배터리 과충전에 대한 후속조치가 있기 전까지 추가적인 사고가 발생되는 것을 방지하게 해 줄 수 있다. 제2 릴레이(140)는 래칭(Latching) 릴레이 소자일 수 있다. 래칭 릴레이 소자는, 별도의 제어를 하기 전까지는 코일에 전류가 끊어져도 접점이 그대로 붙어 있는 상태로 있는 특성을 가진다. 래칭 릴레이를 사용함에 따라, 제2 릴레이(140)의 접점의 상태를 유지하기 위한 자기유지회로를 별도로 구성할 필요가 없으므로 크기, 비용과 무게를 줄일 수 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 정상상태일 때 제2 릴레이(140)의 제2 코일(141)에 제2 구동전류(I2)가 흐르지 않기 때문에 제2 스위치(142)의 제1 단자(142a)와 제2 단자(142b)가 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 배터리 관리 장치에서 생성된 제1 구동전류(I1)는 제1 코일(201)에 흐르게 된다. 그리고 그 결과 제1 스위치(202)는 배터리모듈(10)과 충전모듈(400)을 전기적으로 연결시켜 충전하게 된다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 전압감지부(120)가 과충전으로 판단하는 경우, 트랜지스터(132)가 구동함에 따라 제2 코일(141)에는 제2 구동전류(I2)가 흐르게 된다. 제2 구동전류(I2)가 흐름으로써 제2 스위치(142)는 제1 단자(142a)와 제2 단자(142b)의 연결이 끊어지고 제2 단자(142b)와 제3 단자(142c)가 연결된다. 따라서 제1 릴레이(200)의 제1 구동전류(I1)는 경로가 개방됨에 따라 흐르지 못하게 되며, 그 결과 제1 릴레이(200)의 제1 스위치(202)는 개방(open)되어 배터리모듈(10)과 충전모듈(400)의 충전경로를 차단한다.
도 5는 도 2에서 제3 릴레이를 더 포함하는 과충전 방지 장치를 나타낸 회로도이다. 도 6은 도 5에 도시된 과충전 방지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치는, 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100) 사이에 연결되어, 차량측에서 인가되는 점화신호(I5)에 기초하여, 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100)를 연결 또는 차단하는 제3 릴레이(150)를 더 포함한다.
제3 릴레이(150)는 제3 코일(151) 및 제3 스위치(152)를 포함한다. 제3 코일(151)의 일단(f1)은 차량측의 점화장치(IGN)에 연결되며, 타단(f2)은 접지(ground)에 연결된다. 제3 스위치(152)의 일단(g1)은 배터리 셀(11)의 양극에 연결되고, 타단(g2)은 과충전방지회로(100)에 연결된다.
점화신호(I5)는 자동차의 시동 오프 상태(IGN Off)에서 인가되지 않고, 자동차의 시동 온 상태(ING On)에서 인가된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 차량측의 점화장치(IGN)가 점화신호(I5)를 제3 릴레이(150)에 인가하면, 제3 코일(151)에 점화신호가 흐르고, 제3 스위치(152)가 단락(close)되어 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100)가 연결된다. 따라서 과충전방지회로(100)가 배터리 셀(11)의 과충전 여부를 감시할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 차량측의 점화장치(IGN)가 제3 릴레이(150)에 점화신호(I5)를 인가하지 않으면, 제3 코일(151)에 점화신호(I5)가 흐르지 않게 되고, 제3 스위치(152)가 개방(open)되어 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100)가 차단된다. 따라서 과충전방지회로(100)가 배터리 셀(11)의 과충전 여부를 감시할 수 없다. 이때, 배터리관리시스템(BMS)역시 작동이 중지하여, 제1 구동신호(I1)를 인가할 수 없어, 제1 릴레이(200)의 제1 스위치(202)도 개방(open)된다.
차량측의 점화장치(IGN)에서 점화신호(I5)가 인가되는지 여부에 따라 온오프가 제어되는 제3 릴레이(150)가 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100) 사이에 연결되어, 차량의 시동여부에 따라 과충전방지회로(100)의 동작이 제어된다. 즉, 차량의 시동이 온(On) 상태인 경우 과충전방지회로(100)가 배터리 셀(11)의 전력을 소모하면서 배터리모듈(10)의 과충전을 감시하게 되고, 차량의 시동이 오프(Off) 상태인 경우 과충전방지회로(100)에 공급되는 전력이 차단되어, 배터리 셀(11)의 전력을 절약한다.
과충전방지회로(100)가 복수의 배터리 셀(11) 중 어느 하나 또는 수개의 배터리 셀(11)에 연결될 때, 과충전방지회로(100)가 연결된 배터리 셀(11)과 연결되지 않은 배터리 셀(11)은 과충전방지회로(100)가 소모하는 전력만큼의 충전량 차이가 발생한다. 또한, 과충전방지회로(100)가 연결된 배터리 셀(11)이 과충전방지회로(100)에 전력을 공급하는 과정에서 열화가 발생하므로, 과충전방지회로(100)가 연결된 배터리 셀(11)과 연결되지 않은 배터리 셀(11)은 과충전방지회로(100)가 소모하는 전력만큼 열화정도의 차이가 발생한다.
따라서, 차량의 시동이 오프(Off)된 상태에서, 제3 릴레이(150)가 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100)의 연결을 차단함에 따라, 과충전방지회로(100)가 연결된 배터리 셀(11)과 연결되지 않은 배터리 셀(11)의 열화도 차이가 감소한다. 따라서, 과충전방지회로(100)가 연결된 배터리 셀(11)이 다른 배터리 셀(11)보다 급격히 열화되는 현상을 방지하여, 배터리 모듈(10) 전체의 수명을 연장하는 효과가 있다.
또한, 시동 온(On) 상태에서는 고저항의 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)과 저전압 션트레귤레이터를 사용함으로써 전력소모를 줄일 수 있고, 시동 오프(Off) 상태에서는 과충전방지회로(100)에 전력이 공급되지 않으므로, 과충전방지장치가 소모하는 전력을 절감할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 서술한 제1 릴레이(200), 제2 릴레이(140), 제3 릴레이(150)는 코일에 전류가 흐르는 경우 스위치가 동작(온(On))하는 유형의 릴레이를 기준으로 설명하였으나, 코일에 전류가 흐르지 않는 경우에 스위치가 동작(온(On))되는 반대 유형의 릴레이 역시 사용될 수 있으며, 릴레이의 유형과 구동신호의 하이 또는 로우 레벨의 변경은 본 발명의 권리범위에 속함을 밝힌다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 방법에 관한 설명을 도면을 이용하여 기재하도록 한다. 배터리 과충전 방지방법을 설명함에 있어서, 상술한 배터리 과충전 방지 장치와 중복되는 부분은 생략하거나, 간략히 기재하도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 방법은 배터리 셀(11)의 전압을 센싱하는 전압감지부(120)를 이용하여 배터리모듈(10)의 과충전 여부를 판단하는 제1 단계 및 배터리모듈(10)이 과충전으로 판단되는 경우, 배터리모듈(10)과 충전모듈(400) 사이를 연결하는 제1 릴레이(200)에 인가되는 제1 구동전류(I1)의 경로에 연결된 제2 릴레이(140)에 제2 구동전류(I2)를 인가하여 배터리모듈(10)과 충전모듈(400) 사이를 차단하는 제2 단계를 포함한다. 이하, 도 5를 중심으로 제1 및 2 단계에 대해 상세히 기재하도록 한다.
제1 단계는 상기 배터리 셀(11)의 전압을 직렬 연결된 복수의 저항을 이용하여 분배하는 단계 및 상기 배터리 셀(11)의 분배된 전압(V2)이 상기 전압감지부(120)에 의해 센싱되며, 배터리 셀(11)의 분배된 전압(V2)이 미리 설정된 기준전압(VR) 이상인 경우 상기 배터리모듈(10)이 과충전된 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
구체적으로 제1 단계를 설명하면 배터리 셀(11)의 양단에 연결된 복수의 저항을 통해 배터리 셀(11)의 전압이 분배된다.(S100) 이때 복수의 저항은 서로 직렬로 연결되어 있어, 각 저항값의 비율에 따라 배터리 셀(11)의 전압이 분배된다.
다음으로 분배된 배터리 전압(V2)은 전압감지부(120)에 의해 기준전압(VR)과 비교된다. 이때, 전압감지부(120)는 션트레귤레이터 일 수 있으며, 분배된 배터리 셀(11) 전압이 기준전압 이상인 경우(S200) 션트레귤레이터가 턴온(turn on)되어 캐소드 단자(c1)과 애노드 단자(c2) 사이에 흐르는 제어전류(I3)가 생성된다(S300).
제2 단계는 배터리모듈(10)이 과충전으로 판단되는 경우, 상기 전압감지부(120)를 통해 생성된 제어전류(I3)가 제3 저항(131)에 흐르면서 바이어스전압(V3)을 생성하는 단계, 바이어스전압(V3)이 트랜지스터(132)의 베이스 단자(d3)에 인가되어 트랜지스터(132)를 턴온(turn on)시켜 제 2 구동전류(I2)가 제2 릴레이(140)에 인가되는 단계 및 제2 구동전류(I2)가 인가된 제2 릴레이(140)가 동작하여, 제1 릴레이(200)에 인가되는 제1 구동전류(I1)의 경로를 차단하고, 제1 구동전류(I1)가 인가되지 않은 제1 릴레이(200)가 개방되는 단계를 포함한다.
구체적으로 제2 단계에 대해 설명하면, 전압감지부(120)가 배터리모듈(10)의 상태를 과충전으로 판단 시 발생하는 제어전류(I3)를 이용하여, 제3 저항(131)에 바이어스전압(V3)을 생성한다. 이때, 전압감지부(120)는 션트레귤레이터일 수 있으며, 제3 저항(131)은 션트레귤레이터의 애노드 단자(c1)와 직렬로 연결될 수 있다. 따라서 제어전류(I3)는 제3 저항(131)으로 유입되어 바이어스전압(V3)을 생성할 수 있다.
다음으로 바이어스전압(V3)이 트랜지스터(132)의 베이스 단자(d3)에 인가되면(S400), 트랜지스터(132)의 콜렉터 단자(d1)와 에미터 단자(d2) 사이에서 제2 구동전류(I2)가 발생한다(S500). 이때, 트랜지스터(132)는 제2 구동전류(I2)를 생성할 뿐 아니라 증폭하기 때문에 제2 릴레이(140)를 구동하기 위한 전류 크기를 충족시킬 수 있다. 제2 릴레이(140)의 제2 코일(141)은 트랜지스터(132)의 콜렉터 단자(c1)와 직렬로 연결되었기 때문에 제2 코일(141)에 제2 구동전류(I2)가 흐르게 되며, 그 결과 제2 코일(141)은 여자되어 전자석이 된다. 다음으로 제2 스위치(142)의 제2 단자(142b)와 제3 단자(142c)가 연결되어, 제1 단자(142a)와 제2 단자(142b)의 연결은 끊어지게 된다(S600). 이로 인하여 제1 구동전류(I1)의 경로는 개방되어 더 이상 제1 구동전류(I1)는 제1 코일(201)을 따라 흐를 수 없게 되고 제1 스위치(202)는 오프된다. 따라서 저전압용 션트레귤레이터를 본 발명의 일실시예에 적용하여 제어전류(I3)의 크기가 미소한 경우에도 트랜지스터(132)를 통해 제2 구동전류(I2)를 증폭하여 제2 릴레이(140)에 공급하기 때문에 배터리모듈(10)의 과충전을 방지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 과충전 방지 방법은, 차량측으로부터 점화신호(I5)가 인가되면 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100) 사이에 연결된 제3 릴레이(150)가 단락되고, 점화신호가 인가되지 않으면 제3 릴레이(150)가 개방되는 단계(P100)를 더 포함한다.
차량측으로부터 인가되는 점화신호(I5)에 의해 과충전방지회로(100)에 전력을 공급하는 단계(P100)는 상술한 제1 및 제2 단계가 수행될 수 있는 전제가 되는 단계이다. 차량측의 점화장치(IGN)가 점화신호(I5)를 제3 릴레이(150)에 인가하면, 제3 코일(151)에 점화신호가 흐르고, 제3 스위치(152)가 단락(close)되어 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100)가 연결되어, 과충전방지회로(100)가 배터리 셀(11)의 과충전 여부를 감시할 수 있기 때문이다.
또한, 차량측의 점화장치(IGN)가 제3 릴레이(150)에 점화신호(I5)를 인가하지 않으면, 제3 코일(151)에 점화신호(I5)가 흐르지 않게 되고, 제3 스위치(152)가 개방(open)되어 배터리 셀(11)과 과충전방지회로(100)가 차단되므로, 상술한 제1 및 제2 단계가 수행되기 위해서는 차량의 시동이 온(On)상태일 필요가 있다.
또한, 배터리모듈(10)의 과충전 여부를 판단하는 제1 단계가 수행되는 중이라도, 시동이 오프(Off)되면 과충전방지회로(100)와 배터리 셀(11)의 연결이 차단되므로, 상술한 제1 및 제2 단계가 수행될 수 없다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 배터리 모듈 11 : 배터리 셀
100 : 과충전방지회로 110 : 전압분배부
111 : 제1 저항 112 : 제2 저항
120 : 전압감지부 130 : 릴레이 구동부
131 : 제3 저항 132 : 트랜지스터
140 : 제2 릴레이 141 : 제2 코일
142 : 제2 스위치 142a~142f : 제2 스위치의 제1 내지 제6단자
150 : 제3 릴레이 151 : 제3 코일
152 : 제3 스위치 IGN : 차량의 점화장치
200 : 제1 릴레이 201 : 제1 코일
202 : 제1 스위치 300 : 배터리관리시스템
400 : 충전모듈 I1 : 제1 구동전류
I2 : 제2 구동전류 I3: 제어전류
I4 : 전압분배부에 흐르는 전류 I5: 점화신호
VR : 기준전압 V1,V2 : 배터리 셀의 분배된 전압
V3 : 바이어스 전압

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 양단에 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전압을 미리 설정된 비율에 따라 분배하는 전압분배부;
    상기 전압분배부에 의해 분배된 전압이 미리 설정된 기준전압보다 큰 경우, 제어전류가 흐르도록 동작하는 전압감지부; 및
    상기 전압감지부의 동작에 의해 상기 배터리모듈과 충전모듈을 전기적으로 연결하는 제1 릴레이의 구동을 차단하는 제2 릴레이를 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2릴레이는 상기 제1릴레이를 구동하는 제1구동전류가 전달되는 경로에 위치하며;
    상기 제어전류를 이용하여, 상기 제어전류보다 크고 상기 제2 릴레이의 동작 전류와 같거나 큰 크기의 제2 구동전류를 생성하고, 상기 제2 릴레이에 인가하는 릴레이 구동부를 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  3. 청구항 2 에 있어서,
    상기 전압분배부는
    상기 배터리 셀의 양극과 연결된 제1 저항; 및
    상기 배터리 셀의 음극과 연결된 제2 저항을 포함하며,
    상기 제1 저항과 상기 제2 저항은 서로 직렬로 연결된 배터리 과충전 방지장치.
  4. 청구항 3 에 있어서,
    상기 제1 저항은 150kΩ 내지 300kΩ 이며,
    상기 제2 저항은 86.5kΩ 내지 875.6kΩ 인 배터리 과충전 방지 장치.
  5. 청구항 2 에 있어서,
    상기 전압감지부는
    레퍼런스 단자에 인가된 상기 분배된 전압이 상기 기준전압 이상인 경우, 턴온(turn on)되어 상기 제어전류가 흐르는 션트레귤레이터인 배터리 과충전 방지장치.
  6. 청구항 2 에 있어서,
    상기 릴레이 구동부는
    상기 전압감지부에서 흐르는 상기 제어전류가 인가되어 바이어스전압을 생성하는 제3 저항; 및
    상기 바이어스전압이 구동단자에 인가되면 턴온(turn on)되어, 제2 릴레이의 제2 코일에 제2 구동전류를 인가하는 트랜지스터를 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  7. 청구항 2 에 있어서
    상기 제어전류는 1mA 내지 25mA이며
    상기 제2 구동전류는 25mA 내지 500mA 인 배터리 과충전 방지 장치.
  8. 청구항 2 에 있어서
    상기 제2 릴레이는
    상기 제2 구동전류가 인가되어 상기 제1 구동전류의 경로를 차단시킨 후에, 상기 제2 구동전류가 인가되지 않는 상태로 전환되더라도 상기 제1 구동전류의 경로를 차단한 상태로 유지되는 배터리 과충전 방지 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 셀과 상기 과충전방지회로 사이에 연결되어, 차량측에서 인가되는 점화신호에 기초하여, 상기 배터리 셀과 과충전방지회로를 연결 또는 차단하는 제3릴레이를 더 포함하는 배터리 과충전 방지 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 점화신호는
    자동차의 시동 오프 상태에서 인가되지 않고, 자동차의 시동 온 상태에서 인가되는 배터리 과충전 방지 장치.
  11. 배터리 셀의 전압을 센싱하는 전압감지부를 이용하여 배터리모듈의 과충전 여부를 판단하는 제1 단계; 및
    상기 배터리모듈이 과충전으로 판단되는 경우, 상기 배터리모듈과 충전모듈 사이를 연결하는 제1 릴레이에 인가되는 제1 구동전류의 경로에 연결된 제2 릴레이에 제2 구동전류를 인가하여 상기 배터리모듈과 충전모듈 사이를 차단하는 제2 단계를 포함하는 배터리 과충전 방지 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 단계는
    상기 배터리 셀의 전압을 직렬 연결된 복수의 저항을 이용하여 분배하는 단계; 및
    상기 배터리 셀의 분배된 전압은 상기 전압감지부에 의해 센싱되며, 배터리 셀의 분배된 전압이 미리 설정된 기준전압 이상인 경우 상기 배터리모듈이 과충전된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리 과충전 방지 방법.
  13. 청구항11에 있어서,
    상기 제2 단계는
    상기 배터리모듈이 과충전으로 판단되는 경우, 상기 전압감지부를 통해 흐르는 제어전류가 제3 저항에 인가되어 바이어스전압을 생성하는 단계;
    상기 바이어스전압이 트랜지스터의 베이스 단자에 인가되어 상기 트랜지스터를 턴온(turn on)시켜 상기 제2 구동전류가 상기 제2 릴레이에 인가되는 단계; 및
    상기 제2 구동전류가 인가된 상기 제2 릴레이가 동작하여, 상기 제1 릴레이에 인가되는 상기 제1 구동전류의 경로를 차단하고, 상기 제1 구동전류가 인가되지 않은 상기 제1 릴레이가 개방되는 단계를 포함하는 배터리 과충전 방지 방법.
  14. 청구항11에 있어서,
    차량측으로부터 점화신호가 인가되면 상기 배터리 셀과 과충전방지회로 사이에 연결된 제3 릴레이가 단락되고, 상기 점화신호가 인가되지 않으면 상기 제3 릴레이가 개방되는 단계를 더 포함하는 배터리 과충전 방지 방법.
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