KR20200046781A - 배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20200046781A
KR20200046781A KR1020180128388A KR20180128388A KR20200046781A KR 20200046781 A KR20200046781 A KR 20200046781A KR 1020180128388 A KR1020180128388 A KR 1020180128388A KR 20180128388 A KR20180128388 A KR 20180128388A KR 20200046781 A KR20200046781 A KR 20200046781A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
overcurrent
voltage value
main fet
signal
mcu
Prior art date
Application number
KR1020180128388A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102667095B1 (ko
Inventor
조용민
방준영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020180128388A priority Critical patent/KR102667095B1/ko
Priority claimed from KR1020180128388A external-priority patent/KR102667095B1/ko
Publication of KR20200046781A publication Critical patent/KR20200046781A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102667095B1 publication Critical patent/KR102667095B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 배터리를 과전류로부터 보호하는 방법은, 분로 전류 측정부에서 배터리 분로(shunt circuit)에서 분로에 흐르는 전류 값을 측정하는 분로 전류 값 측정 단계, 제1 변환부에서 상기 측정된 분로 전류 값을 전압 값으로 변환하는 전류값 변환 단계, 비교부에서 상기 전압 값을 소정의 기준 전압 값과 비교하여 상기 전압 값이 소정의 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류 판단 신호를 생성하는 과전류 판단 신호 생성 단계, 제2 변환부에서 상기 과전류 판단 신호를 변환하여 메인 FET 및 MCU로 전송하는 과전류 판단 신호 변환 및 전송 단계 및 MCU에서 상기 변환된 과전류 판단 신호를 기반으로 과전류 여부를 판단하는 과전류 여부 판단 단계를 포함하여 구성되며, 상기 메인 FET는, 상기 과전류 판단 신호가 입력되면 MCU의 제어와는 상관없이 임시로 오프(off)될 수 있다.

Description

배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩{Method for protecting a battery pack from an overcurrent and a battery pack to which the method is applied}
본 발명은 배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 회로 및 방법에 관한 것이다.
구체적으로는 과전류가 감지되는 경우, MCU를 거치지 않고 즉시 메인 FET를 차단함으로써, 과전류로부터 배터리를 보호하는 회로 및 방법에 관한 것이다.
전지는 크게 1차 전지와 2차 전지로 구분될 수 있는데, 1차 전지란 비가역적인 반응을 이용하여 전기를 생산하므로 한 번 사용된 후에는 재사용이 불가능한 전지로서 일반적으로 많이 사용하는 건전지, 수은 전지, 볼타 전지 등이 이에 속하며, 2차 전지는 이와는 달리 가역적인 반응을 이용하므로 사용 후 충전하여 재사용이 가능한 전지로서 납 축전지, 리튬 이온 전지, 니카드(Ni-Cd) 전지 등이 이에 속한다.
일반적으로 2차 전지는 그 내부에 다수 개의 단위 셀을 포함하고 있으며, 또한 일반적으로 각 셀의 전극들과 연결된 한 쌍의 외부 단자 탭(즉 각 단위 셀의 음극들이 연결된 하나의 음극, 각 셀의 양극들이 연결된 하나의 양극으로서, 전지 하나당 한 쌍이 구비되어 전극으로서 기능하는 탭)이 외부로 노출되어 있는 형태로 구성된다.
이와 같은 2차 전지들은 일반적으로 단일 개 사용되기보다는 다수 개가 연결되어 하나의 팩으로서의 배터리를 형성하게 된다. 이러한 팩 형태의 배터리에서 각각의 전지들을 (전지를 구성하는 단위 셀과 구별하여) 셀이라 칭하며, 물론 각 셀의 탭들은 전기적으로 연결되게 된다.
일반적으로, 이러한 셀(배터리)의 보호회로에는 과전류가 발생되었을 경우 셀(배터리)을 보호하기 위해 셀(배터리)의 전류 경로를 단선시켜 전류의 흐름을 차단하는 퓨즈가 포함되어 있다.
그러나, 이러한 퓨즈는 과전류가 한번 발생하였을 경우에는 셀(배터리)를 보호 해주지만 한번 보호 기능을 수행한 퓨즈는 재사용이 불가능하므로, 교체를 해주어야 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 퓨즈를 대신하여, 과전류가 흐르는 경우 FET를 즉시 오프 시킴으로써, 퓨즈의 끊어짐 없이도 과전류로부터 배터리 팩을 보호하는 방법 및 그 방법이 탑재된 배터리 팩을 제안한다.
한국공개특허공보 10-2012-0135682 호
본 발명은 과전류로부터 배터리를 보호하는 회로 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 MCU를 거치지 않고 즉시 메인 FET를 차단함으로써, 배터리를 과전류로부터 보호하는 회로 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리를 과전류로부터 보호하는 방법은, 분로 전류 측정부에서 배터리 분로(shunt)에서 분로에 흐르는 전류 값을 측정하는 분로 전류 값 측정 단계, 제1 변환부에서 상기 측정된 분로 전류 값을 전압 값으로 변환하는 전류값 변환 단계, 비교부에서 상기 전압 값을 소정의 기준 전압 값과 비교하여 상기 전압 값이 소정의 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류 판단 신호를 생성하는 과전류 판단 신호 생성 단계, 제2 변환부에서 상기 과전류 판단 신호를 변환하여 메인 FET 및 MCU로 전송하는 과전류 판단 신호 변환 및 전송 단계 및 MCU에서 상기 변환된 과전류 판단 신호를 기반으로 과전류 여부를 판단하는 과전류 여부 판단 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 메인 FET는, 상기 과전류 판단 신호가 입력되면 MCU의 제어와는 상관없이 임시로 오프(off)될 수 있다.
한편, 상기 분로 전류 측정 단계는, 연속적으로 분로에 흐르는 전류를 측정하고, 정상 상태에서는 배터리의 정상 입출력 전류 범위 내의 전류가 측정되고, 과충전 또는 쇼트가 발생한 상황일 경우에는 상기 배터리의 정상 입출력 전류 범위를 벗어나는 전류가 측정될 수 있다.
상기 과전류 판단 신호 변환 단계는, 상기 제2 변환부의 일 구성인 지연 회로를 사용하여 상기 과전류 판단 신호를 소정의 펄스 신호로 변환할 수 있다.
상기 과전류 여부 판단 단계는, MCU가 상기 변환된 과전류 판단 신호를 수신하는 경우, 과전류로 판단하고. MCU가 상기 변환된 과전류 판단 신호를 수신하지 않는 경우, 과전류가 아닌 것으로 판단할 수 있다.
상기 과전류 여부 판단 단계에서 과전류로 판단되는 경우, 메인 FET 오프 신호를 메인 FET로 전송하여 메인 FET를 최종적으로 오프 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 BMS에서 과전류 유입 여부를 감지하여 메인 FET를 오프 시키는 배터리 팩에 있어서, 상기 BMS는, 분로에 흐르는 전류 값을 측정하는 분로 전류 측정부, 상기 분로 전류 측정부에서 측정된 전류 값을 기반으로 배터리 팩의 과전류 유입 여부를 판단하는 과전류 유입 여부 판단부, 메인 FET의 온 또는 오프 여부를 결정하는 MCU를 포함하여 구성되며, 상기 메인 FET는, 상기 과전류 유입 여부 판단부에서 과전류 유입으로 판단되는 경우 임시로 오프 되었다가, 상기 MCU의 제어에 따라 최종적으로 오프 될 수 있다.
상기 과전류 유입 여부 판단부는, 상기 분로 전류 측정부에서 측정된 전류 값을 전압 값으로 변환하는 제1 변환부, 상기 변환된 전압 값과 기준 전압 값을 비교하여 상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류 차단 신호를 제2 변환부로 전송하는 비교부 및 상기 비교부에서 출력되는 과전류 감지 신호를 레치 회로를 사용하여 소정의 펄스 파로 변환하는 제2 변환부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 비교부는, 상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류가 유입된 것으로 판단하여 과전류 차단 신호를 생성하여 상기 제2 변환부로 전송하고, 상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 미만인 경우, 과전류 유입이 없는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 MCU는, 상기 과전류 유입 여부 판단부로부터 상기 과전류 판단 신호를 수신하는 경우, 과전류로 판단하여 상기 메인 FET로 메인 FET 오프 신호를 전송하고. 상기 변환된 과전류 판단 신호를 수신하지 않는 경우, 과전류가 아닌 것으로 판단하여 상기 메인 FET 온 신호를 유지할 수 있다.
본 발명은 배터리를 과전류로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 과전류 발생시 MCU를 거치지 않고 바로 메인 FET를 차단함으로써, 빠르게 과전류에 대응할 수 있다.
또한, 본 발명은 퓨즈를 사용하지 않으므로, 한번 과전류로부터 배터리를 보호한 이후에도, 부품 교체 없이 다음에 발생하는 과전류로부터 배터리를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법의 순서를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩의 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 유입 여부와 과전류 유입 여부 판단부의 출력신호 및 MCU의 메인 FET 제어 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 유입 여부 판단부를 구체적으로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법.
본 발명은 종래의 퓨즈를 사용하여 배터리를 과전류로부터 보호하는 경우, 과전류가 발생할 때 마다 퓨즈가 끊어져, 퓨즈를 교체해야 되는 번거로움을 줄이기 위해, 퓨즈를 제거하고, 과전류 상황 시 MCU를 거치지 않고, 즉시 메인 FET를 차단함으로써, 배터리를 과전류로부터 보호한다.
다시 말해, MCU를 거치지 않아 빠르게 배터리를 과전류로부터 보호할 수 있고, 퓨즈를 사용하지 않음으로써, 퓨즈를 교체하는데 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법의 순서를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법을 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법은, 분로 전류 측정부에서 배터리 분로(Shunt)의 분로 전류를 측정하는 분로 전류 측정 단계(S100), 제1 변환부에서 상기 측정된 분로 전류를 전압 값으로 변환하는 전류-전압 변환 단계(S200), 비교부에서 상기 변환된 전압 값을 소정의 기준 전압과 비교하여 과전류 판단 신호를 생성하는 과전류 판단 신호 생성 단계(S300), 제2 변환부에서 상기 과전류 판단 신호를 변환하여 메인 FET 및 MCU로 전송하는 과전류 판단 신호 변환 및 전송 단계(S400) 및 MCU에서 상기 변환된 과전류 판단 신호를 기반으로 과전류 여부를 판단하는 과전류 여부 판단 단계(S500)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 메인 FET는, 상기 변환된 과전류 판단 신호가 입력되는 경우에는 MCU의 제어와는 상관없이 즉시 오프(off)되어 배터리를 과전류로부터 보호할 수 있다.
한편, 상기 분로 전류 측정 단계(S100)는, 연속적으로 분로에 흐르는 전류를 측정하는 단계로, 정상 상태에서는 배터리의 정상 입출력 전류 범위 내의 전류가 측정되고, 과충전 또는 쇼트가 발생한 상황일 경우에는 상기 배터리의 정상 입출력 전류 범위를 벗어나는 과전류가 측정될 수 있다.
한편, 상기 전류 값 측정 단계(S100)에서 측정된 전류 값은, 제1 변환부에서 측정된 전류 값을 전압 값으로 변환하는 과정을 거치게 된다. 이와 같이 제1 변환부에서 전류 값을 전압 값으로 변환하는 이유는, 비교부에서 전류 값을 직접적으로 비교 할 수 없으므로, 분로에서 측정되는 전류를 전압으로 변환하여 사용하게 된다.
한편, 상기 과전류 판단 신호 생성 단계(S300)를 비교부에서 수행되는 과정으로, 상기 비교부는 아날로그 회로로 구성된 비교부일 수 있다. 이와 같이 아날로그 회로로 구성되는 비교부는, 기준 전압 값 보다 높은 전압이 인가되는 경우에는 출력이 발생하고, 기준 전압 값 보다 낮은 전압이 인가되는 경우에는 출력을 발생하지 않을 수 있다. 한편, 상기 비교부는 소프트웨어적으로 비교하는 것이 아니라, 아날로그 비교 회로를 통해 수행되므로 MCU에서 소프트웨어적으로 비교하는 것보다 매우 빠른 시간에 비교 결과를 출력할 수 있다.
즉, 비교부는 기준 전압보다 낮은 전압이 입력되면 0을 출력하고, 기준 전압보다 높은 전압이 입력되면 1을 출력할 수 있다.
한편, 종래에 퓨즈를 사용하여 과전류를 방지하는 경우, 과전류가 발생시 퓨즈가 끊어지게 되고 한번 끊어진 퓨즈는 교체 전까지 과전류 방지기능을 수행하지 못하므로 퓨즈를 꼭 교체 해야만 하는 번거로움이 있었다, 또한, 퓨즈를 교체하는데 시간과 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
그러나 이와 같이 비교부를 사용하여 메인 FET를 직접 제어하여 과전류를 차단 하는 경우에는, 퓨즈를 교체하는데 소모되는 시간과 비용을 절감할 수도 있다.
한편, 상기 과전류 판단 신호 변환 및 전송 단계(S400)는, 상기 비교부에서 생성된 과전류 판단 신호를 소정의 펄스 파로 변환하는 과정이다.
구체적으로, 상기 비교부에서 과전류로 인해 발생하는 과전류 판단 신호를 지연 회로를 사용하여 일정 시간 동안 지연(유지)시켜 메인 FET로 전송함으로써, 메인 FET가 순간적으로 오프 되었다가 다시 온 되는 것을 방지하여, MCU에서 과전류 여부를 판단 할 시간을 벌어줄 수 있다.
다시 말해, 과전류가 흐를 때 즉시 메인 FET를 오프 시키게 되면, 메인 FET로 입력되는 비교부의 출력(과전류 판단 신호)이 없어지고, 메인 FET는 계속해서 MCU로부터 메인 FET 온 신호를 수신 받는 상황이므로, 비교부의 출력 신호에 의해 오프 상태로 전환되었던 메인 FET가 다시 온 되는 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 비교부에서 생성되어 출력되는 과전류 판단 신호를 지연 회로를 통해 소정 시간 동안 지연(유지) 시킬 필요가 있다, 예를 들어, 상기 제2 변환부의 일 구성인 지연 회로를 통해, 상기 과전류 판단 신호를 소정의 펄스 신호로 변환할 수 있다.
한편, 비교부에서 생성되어 출력되는 과전류 판단 신호를 소정 시간 동안 지연(유지) 시켜 메인 FET를 오프상태로 유지하는 동안에, MCU는 과전류 여부를 판단 단계를 수행하여, 메인 FET 오프 신호를 메인 FET로 전송할 수 있다. 이와 같이 MCU에서 메인 FET로 오프 신호가 전송되면, 비교부의 출력이 없더라도, 메인 FET가 MCU로부터 오프 신호를 수신 받고 있기 때문에, 오프 상태를 계속 유지할 수 있다.
한편, 상기 과전류 여부 판단 단계(S500)는, MCU에서 과전류 여부를 판단하는 단계로 상기 변환된 과전류 판단 신호가 수신되는 경우, 과전류로 판단하고. 상기 변환된 과전류 판단 신호가 수신되지 않는 경우에는, 과전류가 아닌 것으로 판단할 수 있다.
한편, MCU는 상기 과전류 여부 판단 단계에서 과전류로 판단되는 경우, 메인 FET 오프 신호를 메인 FET로 전송하여 메인 FET를 최종적으로 오프 할 수 있다.
2. 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩의 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩은, BMS(100)에서 과전류 유입 여부를 감지하여 메인 FET(200)를 오프 시킨다. 구체적으로 상기 BMS(100)는, 분로에 흐르는 전류 값을 측정하는 분로 전류 측정부(110), 상기 분로 전류 측정부(110)에서 측정된 전류 값을 기반으로 배터리 팩의 과전류 유입 여부를 판단하는 과전류 유입 여부 판단부(120), 메인 FET(200)의 온 또는 오프 여부를 제어하는 MCU(130)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 메인 FET(200)는, 상기 과전류 유입 여부 판단부(120) 및 상기 MCU(130)의 제어를 받아 온 또는 오프 될 수 있다.
2.1 메인 FET(200)
상기 메인 FET(200)는, 과전류 유입 판단부(120)의 출력 신호(펄스파)와 MCU(130)로부터 출력되는 메인 FET 제어 신호(일반적인 FET 제어신호)를 병렬로 수신 받아 제어된다.
구체적으로, 상기 메인 FET(200)는, 상기 과전류 유입 여부 판단부(120)에서 과전류 유입으로 판단되는 경우 상기 과전류 유입 여부 판단부(120)의 출력 신호에 의해 임시로 오프 되었다가, 상기 MCU(130)의 메인 FET 제어 신호에 따라 최종적으로 오프 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 유입 여부와 상기 과전류 유입 판단부의 출력신호 및 MCU의 출력 신호를 나타낸 도면이다.
상기 과전류 유입 판단부(120)는, 과전류가 유입되면 도 3과 같이 즉시 하이(High) 펄스 신호를 생성하여 상기 메인 FET(200) 및 MCU(130)로 전송할 수 있다. 한편, MCU(130)는, 상기 과전류 유입 여부 판단부(120)의 출력 신호(하이 펄스 신호)를 소프트웨어적으로 분석하여 과전류로 판단되는 경우, 메인 FET(200)를 오프 신호를 생성하여 메인 FET(200)로 전송하는데, 이러한 과정에 소정의 시간이 딜레이 되기 때문에 순간적인 과전류에 대해서는 대응하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 과전류 유입 여부 판단부(120)에서 과전류가 유입된 것으로 판단되는 경우에 과전류 유입 여부 판단부에서 먼저 메인 FET(200)를 임시로 오프 시키고, 이후에 MCU(130)의 제어를 받아 메인 FET(200)를 최종적으로(완전히) 오프 시킨다.
다시 말해, 과전류 유입 여부 판단부는 펄스 신호를 생성하여 메인 FET에 전송함과 동시에 MCU에도 펄스 신호를 전송한다.
한편, 본 발명의 메인 FET(200)는, 과전류 유입 판단부(120)의 출력신호와 MCU(130) 제어 신호를 병렬로 수신 받아 제어된다.
2.2 BMS(100)
한편, BMS(100)는, 상기 BMS는, 분로에 흐르는 전류 값을 측정하는 분로 전류 측정부(110), 상기 분로 전류 측정부(110)에서 측정된 전류 값을 기반으로 배터리 팩의 과전류 유입 여부를 판단하는 과전류 유입 여부 판단부(120), 메인 FET(200)의 온 또는 오프 여부를 제어하는 MCU(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
2.2.1 과전류 유입 여부 판단부(120)
도 4는 과전류 유입 여부 판단부(120)를 보다 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 과전류 유입 여부 판단부(120)를 설명하면, 상기 과전류 유입 여부 판단부(120)는, 상기 분로 전류 측정부(110)에서 측정된 전류 값을 전압 값으로 변환하는 제1 변환부(121), 상기 변환된 전압 값과 기준 전압 값을 비교하여 상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류 차단 신호를 제2 변환부로 전송하는 비교부(122), 상기 비교부에서 출력되는 과전류 감지 신호를 레치 회로를 사용하여 소정의 펄스 파로 변환하는 제2 변환부(123)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 변환부(121)에서 전류 값을 전압 값으로 변환하는 이유는, 비교부에서 전류 값을 직접적으로 비교 할 수 없으므로, 분로에서 측정되는 전류를 전압으로 변환하여 사용하게 된다.
한편, 상기 비교부(122)는 아날로그 회로로 구성된 비교부일 수 있다. 이와 같이 아날로그 회로로 구성되는 비교부는, 기준 전압 값 보다 높은 전압이 인가되는 경우에는 출력이 발생하고, 기준 전압 값 보다 낮은 전압이 인가되는 경우에는 출력을 발생하지 않을 수 있다. 한편, 상기 비교부는 소프트웨어적으로 비교하는 것이 아니라, 아날로그 비교 회로를 통해 수행되므로 MCU에서 소프트웨어적으로 비교하는 것보다 매우 빠른 시간에 비교 결과를 출력할 수 있다.
구체적으로, 상기 비교부(122)는, 상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류가 유입된 것으로 판단하여 과전류 차단 신호를 생성하여 상기 제2 변환부(123)로 전송하고, 상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 미만인 경우, 과전류 유입이 없는 것으로 판단하여 아무런 신호를 출력하지 않을 수 있다.
한편, 상기 제2 변환부(123)는, 상기 비교부(122)에서 생성된 과전류 판단 신호를 소정의 펄스 파로 변환한다, 예를 들어, 상기 제2 변환부(123)는, 레치 회로를 통해 구현될 수 있다. 구체적으로, 상기 비교부(122)에서 과전류로 인해 발생하는 과전류 판단 신호를 레치 회로(지연(유지) 회로)를 사용하여 일정 시간 동안 지연(유지)시켜 메인 FET(200)로 전송함으로써, 상기 비교부(122)에서 생성된 과전류 판단 신호에 의해 메인 FET(200)가 순간적으로 오프 되었다가 MCU(130)의 제어에 의해 다시 온 되는 것을 방지하여, MCU(130)에서 과전류 여부를 판단 하여 메인 FET 오프 명령을 생성할 시간을 벌어줄 수 있다.
다시 말해, 제2 변환부(123) 없이 단순히 비교부의 과전류 판단 신호만을 입력하는 경우, 과전류가 흐르는 즉시 비교부(122) 출력에 의해 메인 FET(200)가 순간적으로는 오프 상태로 전환되지만, 메인 FET(200)는 계속해서 MCU(130)로부터 메인 FET 온 신호를 수신 받는 상황이므로, 비교부(122)의 출력 신호가 끊기면 메인 FET(200)가 MCU(130)의 메인 FET 온 신호에 의해 다시 온 되는 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 비교부(122)에서 생성되어 출력되는 과전류 판단 신호를 지연 회로를 통해 소정 시간 동안 지연(유지) 시킬 필요가 있다, 예를 들어, 상기 제2 변환부(123)의 일 구성인 지연 회로를 통해, 상기 과전류 판단 신호를 소정의 펄스 신호로 변환할 수 있다.
이와 같이 펄스 신호로 변환된 과전류 판단 신호는 MCU(130)에서 메인 FET 제어 신호를 생성할 수 있는 시간 이상이면 충분하다. (수십 ms 내외)
2.2.2. MCU(130)
한편, MCU(130)는, 비교부(122)에서 생성되어 제2 변환부(123)을 거쳐서 출력되는 펄스파 형태의 과전류 판단 신호가 소정 시간 동안 지연(유지)되어 메인 FET를 오프상태로 유지하는 동안에, 과전류 여부를 판단하여, 메인 FET 오프 신호를 메인 FET(200)로 전송할 수 있다. 이와 같이 MCU(130)에서 메인 FET(200)로 오프 신호가 전송되면, 과전류 유입 판단부(120)의 출력이 없더라도, 메인 FET(200)가 MCU(130)로부터 오프 신호를 수신 받고 있기 때문에, 오프 상태를 계속 유지할 수 있다.
한편, 상술한 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩은, 종래에 퓨즈를 사용하여 과전류를 방지하는 경우, 과전류가 발생시 퓨즈가 끊어지게 되고 한번 끊어진 퓨즈는 교체 전까지 과전류 방지기능을 수행하지 못하므로 퓨즈를 꼭 교체 해야만 하는 번거로움과 퓨즈 교체로 인한 유지 비용을 절감하는 효과가 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 : BMS
110 : 분로 전류 측정부
120 : 과전류 유입 여부 판단부
121 : 제1 변환부
122 : 비교부
123 : 제2 변환부
130 : MCU
200 : 메인 FET

Claims (8)

  1. 배터리를 과전류로부터 보호하는 방법에 있어서,
    분로 전류 측정부에서 배터리 분로(shunt circuit)에서 분로에 흐르는 전류 값을 측정하는 분로 전류 값 측정 단계;
    제1 변환부에서 상기 측정된 분로 전류 값을 전압 값으로 변환하는 전류값 변환 단계;
    비교부에서 상기 전압 값을 소정의 기준 전압 값과 비교하여 상기 전압 값이 소정의 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류 판단 신호를 생성하는 과전류 판단 신호 생성 단계;
    제2 변환부에서 상기 과전류 판단 신호를 변환하여 메인 FET 및 MCU로 전송하는 과전류 판단 신호 변환 및 전송 단계; 및
    MCU에서 상기 변환된 과전류 판단 신호를 기반으로 과전류 여부를 판단하는 과전류 여부 판단 단계;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 메인 FET는,
    상기 과전류 판단 신호가 입력되면 MCU의 제어와는 상관없이 임시로 오프(off)되는 것을 특징으로 하는 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분로 전류 측정 단계는,
    연속적으로 분로에 흐르는 전류를 측정하고,
    정상 상태에서는 배터리의 정상 입출력 전류 범위 내의 전류가 측정되고,
    과충전 또는 쇼트가 발생한 상황일 경우에는 상기 배터리의 정상 입출력 전류 범위를 벗어나는 전류가 측정되는 것을 특징으로 하는 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 과전류 판단 신호 변환 단계는,
    상기 제2 변환부의 일 구성인 지연 회로를 사용하여 상기 과전류 판단 신호를 소정의 펄스 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 과전류 여부 판단 단계는,
    MCU가 상기 변환된 과전류 판단 신호를 수신하는 경우, 과전류로 판단하여 상기 메인 FET로 메인 FET 오프 신호를 전송하고.
    MCU가 상기 변환된 과전류 판단 신호를 수신하지 않는 경우, 과전류가 아닌 것으로 판단하여 상기 메인 FET 온 신호를 유지하는 것을 특징으로 하는 과전류로부터 배터리를 보호하는 방법.
  5. BMS에서 과전류 유입 여부를 감지하여 메인 FET를 오프 시키는 배터리 팩에 있어서,
    상기 BMS는,
    분로에 흐르는 전류 값을 측정하는 분로 전류 측정부;
    상기 분로 전류 측정부에서 측정된 전류 값을 기반으로 배터리 팩의 과전류 유입 여부를 판단하는 과전류 유입 여부 판단부;
    메인 FET의 온 또는 오프 여부를 제어하는 MCU;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 메인 FET는,
    상기 과전류 유입 여부 판단부에서 과전류 유입으로 판단되는 경우 임시로 오프 되었다가,
    상기 MCU의 제어에 따라 최종적으로 오프 되는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 과전류 유입 여부 판단부는,
    상기 분로 전류 측정부에서 측정된 전류 값을 전압 값으로 변환하는 제1 변환부;
    상기 변환된 전압 값과 기준 전압 값을 비교하여 상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 이상인 경우, 과전류 차단 신호를 제2 변환부로 전송하는 비교부;
    상기 비교부에서 출력되는 과전류 감지 신호를 레치 회로를 사용하여 소정의 펄스 파로 변환하는 제2 변환부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 이상인 경우,
    과전류가 유입된 것으로 판단하여 과전류 차단 신호를 생성하여 상기 제2 변환부로 전송하고,
    상기 변환된 전압 값이 상기 기준 전압 값 미만인 경우,
    과전류 유입이 없는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 MCU는,
    상기 과전류 유입 여부 판단부로부터 상기 과전류 판단 신호를 수신하는 경우, 과전류로 판단하여 상기 메인 FET로 메인 FET 오프 신호를 전송하고.
    상기 변환된 과전류 판단 신호를 수신하지 않는 경우, 과전류가 아닌 것으로 판단하여 상기 메인 FET 온 신호를 유지하는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능이 탑재된 배터리 팩.
KR1020180128388A 2018-10-25 배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩 KR102667095B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180128388A KR102667095B1 (ko) 2018-10-25 배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180128388A KR102667095B1 (ko) 2018-10-25 배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200046781A true KR20200046781A (ko) 2020-05-07
KR102667095B1 KR102667095B1 (ko) 2024-05-20

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021256632A1 (ko) * 2020-06-16 2021-12-23 한양대학교 에리카산학협력단 회로 보호 장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120135682A (ko) 2011-06-07 2012-12-17 삼성에스디아이 주식회사 퓨즈부를 구비하는 배터리 팩

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120135682A (ko) 2011-06-07 2012-12-17 삼성에스디아이 주식회사 퓨즈부를 구비하는 배터리 팩

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021256632A1 (ko) * 2020-06-16 2021-12-23 한양대학교 에리카산학협력단 회로 보호 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6624614B2 (en) Charge and discharge controller
KR101440888B1 (ko) 배터리 보호 회로
EP0972327B1 (en) Battery protection system
WO2012147598A1 (ja) 充放電制御装置、バッテリパック、電気機器及び充放電制御方法
US20080111520A1 (en) Battery pack
JP7130907B2 (ja) メインバッテリー及びサブバッテリーを制御するための装置、バッテリーシステム及び方法
JP5361353B2 (ja) 二次電池の充電制御方法および充電制御装置
JP2013153614A (ja) 保護機能付き充電制御装置および電池パック
EP2988384B1 (en) Overcharge protection apparatus with minimized power consumption
JP3863031B2 (ja) バッテリー状態監視回路
JP2010233358A (ja) 電池保護回路、電池保護方法、電源装置およびプログラム
JP2003142162A (ja) 電池パック
JP2016019387A (ja) 充放電制御回路及びバッテリ装置
KR102320116B1 (ko) 배터리 팩 보호 장치
JP5458647B2 (ja) 保護回路
US11437834B2 (en) Storage battery apparatus with current cutoff control
US6239581B1 (en) Battery state monitoring circuit and battery device
CN106685012B (zh) 锂电池充电控制系统及其工作方法
KR20160037098A (ko) 2차 전지 보호 회로 및 배터리 장치
KR20160125297A (ko) 배터리 장치
KR102232116B1 (ko) 밸런싱 저항을 이용한 과전압 방지 시스템
US11996726B2 (en) Battery pack
KR20200046781A (ko) 배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩
JPH11332116A (ja) 充放電制御回路及び充電式電源装置
KR102667095B1 (ko) 배터리 팩을 과전류로부터 보호하는 방법 및 그 방법이 적용된 배터리 팩

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
GRNT Written decision to grant