KR20200052130A - 셀의 발화 억제 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 셀의 이상 상황 발생시 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀의 발화를 억제하는 방법은, 상기 셀에 대한 복수의 물리량을 확인하는 단계; 상기 확인한 복수의 물리량 중 제1 물리량이 상기 제1 물리량에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인하는 단계; 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 참조하여, 상기 셀의 방전 전류를 결정하는 단계; 및 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 상기 방전 전류로 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀을 방전시키는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

셀의 발화 억제 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램{Method, apparatus and computer program for suppressing ignition of a cell}
본 발명은 셀의 발화 억제 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 셀의 이상 상황 발생시 퓨즈가 허용하는 최대 전류로 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 셀의 발화를 억제하는 셀의 발화 억제 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
셀룰러 폰(Cellular Phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(Personal Digital Assistants), 태블릿 등과 같은 휴대용 전자기기와 전기 자동차와 같은 전기 운송수단의 발달로, 충방전이 가능한 배터리 팩에 대한 활발한 연구 개발이 진행되고 있다. 이러한 배터리 팩은 점차 고용량화 집적화 되고 있으며, 이에 따라 배터리 팩의 이상상황 발생 시 피해의 규모가 점차 커지고 있는 추세이다.
종래기술에 따르면 배터리 팩의 안전성을 확보하기 위해, 배터리 팩에 문제가 발생한 경우, 문제가 발생한 셀의 사용의 중단하는 방식으로 처리하였다. 가령 OSD(Overcharge Safety Device)는 셀의 과충전시 발생되는 가스를 이용하여 양극과 음극을 단락 시키고, 그 때의 단락 전류로 Fuse를 융단 시켜 셀의 작동을 중지시켰다.
또한 NSD(Nail-penetration Safety Device)는 셀의 중앙이 관통될 경우 셀의 CAN과 NSD를 단락 시켜, 양극과 음극의 단락에 앞서 미리 전압을 낮추는 방식으로 셀의 작동을 중지시켰다.
상술한 종래기술들은 셀의 작동을 중지시킬 수 있다는 점에서 효과가 있지만, 특정 상황에서만 동작한다는 점에서(OSD는 과충전 시에만 동작, NSD는 셀 관통 시에만 동작) 여전히 배터리 팩의 안정성을 완벽하게 보장할 수 없다는 문제점이 있었다.
특히 OSD 같은 경우 정상적으로 동작하여 셀의 작동을 중지시키더라도, 이후 셀의 관통 등을 발생으로 셀에 남은 용량이 열과 화재를 발생시키는 등, 종래 기술들은 여전히 안정성에 대한 문제를 해결하지 못하는 부분들이 있었다.
본 발명은 셀의 이상 상황 발생시 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여, 셀을 고속으로 방전시킴으로써 셀의 발화를 억제하고자 한다.
특히 본 발명은 현재 셀의 충전 상태와 퓨즈의 성능을 종합적으로 고려하여 셀의 방전 가능한 가장 큰 전류값을 결정하고 결정된 전류에 따라 방전을 수행함으로써, 신속한 발화 억제가 가능하도록 하고자 한다.
또한 본 발명은 별도의 장치 없이 배터리 팩에 의해 동작하는 전자장치를 이용하여 셀의 발화를 억제함으로써, 발화 억제 시스템의 제조 단가 및 시스템의 복잡도를 낮추고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀의 이상 상황 발생시 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀의 발화를 억제하는 방법은, 상기 셀에 대한 복수의 물리량을 확인하는 단계; 상기 확인한 복수의 물리량 중 제1 물리량이 상기 제1 물리량에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인하는 단계; 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 참조하여, 상기 셀의 방전 전류를 결정하는 단계; 및 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 상기 방전 전류로 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀을 방전시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 셀의 방전 전류를 결정하는 단계는 상기 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간에 의해 생성되는 제1 곡선과 상기 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간에 의해 생성되는 제2 곡선의 교점을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값을 상기 방전 전류의 크기로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2 곡선은 상기 셀의 충전 상태 및 방전 상태 중 적어도 하나에 따라 갱신될 수 있다.
상기 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값은 상기 교점에 대응되는 전류값 미만인 전류값을 포함할 수 있다.
상기 소정의 비율의 충전량은 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 시점에서의 충전량의 50% 이하인 충전량을 포함할 수 있다.
상기 복수의 물리량은 상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도 및 상기 셀의 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인하는 단계는 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 최초로 속한 제1 시점으로부터 소정의 임계 시간이 경과한 제2 시점까지 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 연속적으로 속한 경우 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀의 이상 상황 발생시 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀의 발화를 억제하는 장치에 있어서, 상기 장치는 배터리 관리부를 포함하고 상기 배터리 관리부는 상기 셀에 대한 복수의 물리량을 확인하고, 상기 확인한 복수의 물리량 중 제1 물리량이 상기 제1 물리량에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인하고, 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 참조하여, 상기 셀의 방전 전류를 결정하고, 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 상기 방전 전류로 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀을 방전시킬 수 있다.
상기 배터리 관리부는 상기 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간에 의해 생성되는 제1 곡선과 상기 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간에 의해 생성되는 제2 곡선의 교점을 산출하고, 상기 산출된 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값을 상기 방전 전류의 크기로 결정할 수 있다.
상기 제2 곡선은 상기 셀의 충전 상태 및 방전 상태 중 적어도 하나에 따라 갱신될 수 있다.
상기 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값은 상기 교점에 대응되는 전류값 미만인 전류값을 포함할 수 있다.
상기 소정의 비율의 충전량은 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 시점에서의 충전량의 50% 이하인 충전량을 포함할 수 있다.
상기 복수의 물리량은 상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도 및 상기 셀의 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리부는 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 최초로 속한 제1 시점으로부터 소정의 임계 시간이 경과한 제2 시점까지 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 연속적으로 속한 경우 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명은 셀의 이상 상황 발생시 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여, 셀을 고속으로 방전시킴으로써 셀의 발화를 억제할 수 있다.
또한 본 발명은 현재 셀의 충전 상태와 퓨즈의 성능을 종합적으로 고려하여 셀의 방전 가능한 가장 큰 전류값을 결정하고 결정된 전류에 따라 방전을 수행함으로써, 신속한 발화 억제가 가능하다.
또한 본 발명은 별도의 장치 없이 배터리 팩에 의해 동작하는 전자장치를 이용하여 셀의 발화를 억제함으로써, 발화 억제 시스템의 제조 단가 및 시스템의 복잡도를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 퓨즈(140)의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 셀(21)을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)에 의해 수행되는 셀의 발화 억제 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
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 할 수 있다. 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 생략할 수 있다.
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 할 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 할 수 있다. 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 포함할 수 있다. 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 할 수 있다. 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 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리(20), 밸런싱 장치(110), 배터리 관리부(120), 충방전 스위치(130) 및 퓨즈(140)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(20)는 전력을 저장하는 수단으로, 셀(21)을 포함할 수 있다. 배터리(20)에 포함되는 셀(21)은 하나 이상일 수 있고, 셀(21)이 복수인 경우 셀들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(20)에 포함되는 셀(21)의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량에 따라서 결정될 수 있다.
셀(21)은 충전이 가능한 다양한 종류의 이차 전지일 수 있다. 예컨대, 셀(21)은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery) 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery)일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 장치(110)는 배터리(20)에 포함된 하나 이상의 셀(21)의 전압을 측정하고, 하나 이상의 셀(21)의 전압이 서로 상응하도록 할 수 있다. 이와 같은 밸런싱 장치(110)는 하나 이상의 셀(21)간의 전력을 교환하여 밸런싱하는 능동형 밸런싱 장치일 수도 있고, 셀(21)의 전력을 소비하여 밸런싱하는 수동형 밸런싱 장치일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 장치(110)가 수동형 밸런싱 장치인 경우, 밸런싱 장치(110)는 하나 이상의 셀(21) 각각과 병렬로 연결되는 저항을 포함하고, 저항과 각각 직렬로 연결되는 스위치를 포함할 수 있다. 이때 밸런싱 장치(110)는 전술한 스위치를 선택적으로 턴 온시켜 스위치와 병렬로 연결된 셀(21)의 전력을 소비하여 셀(21)의 전압을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 스위치(130)는 배터리(20)의 대전류 경로(160) 상에 배치되어 배터리(20)의 충전 전류 및 방전 전류의 흐름을 단속할 수 있다. 이때 배터리(20)의 대전류 경로(160)는 배터리 팩(100)과 후술하는 전자장치(150)를 전기적으로 연결하는 경로를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 스위치(130)는 배터리 관리부(120)의 제어 신호에 따라 턴 온(Turn on) 및 턴 오프(Turn off)될 수 있다. 이와 같은 충방전 스위치(130)는 FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 및 릴레이(Relay)와 같은 스위칭 소자를 적어도 하나 이상 포함하여 구현될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편 충방전 스위치(130)는 충전 전류를 차단하는 충전 스위치와 방전 전류를 차단하는 방전 스위치를 포함할 수 있다.
충전 스위치는 전술한 스위칭 소자와 제1 다이오드를 포함할 수 있다. 이때 제1 다이오드가 통과시키는 전류의 방향과 배터리(20)의 방전 전류가 흐르는 방향은 일치할 수 있다. 이에 따라 충전 스위치의 스위칭 소자가 턴 오프 되면 충전 전류는 차단되지만, 제1 다이오드를 통하여 흐르는 방전 전류는 차단되지 않을 수 있다.
이와 유사하게 방전 스위치는 전술한 스위칭 소자와 제2 다이오드를 포함할 수 있다. 이때 제2 다이오드가 통과시키는 전류의 방향과 배터리(20)의 충전 전류가 흐르는 방향은 일치할 수 있다. 이에 따라 방전 스위치의 스위칭 소자가 턴 오프 되면 방전 전류는 차단되지만, 제2 다이오드를 통하여 흐르는 충전 전류는 차단되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 배터리(20)를 관리하기 위한 수단으로, 가령 배터리의 전압 및/또는 전류를 모니터링 하여 배터리(20)의 이상 여부를 확인하거나, 충전 개시 여부 등을 확인하여 전술한 충방전 스위치(130)를 제어할 수 있다.
또한 배터리 관리부(120)는 배터리 팩(100)의 및/또는 특정 셀의 발화가 예상되는 경우, 배터리 팩(100)에 의해 구동되는 전자장치(150)를 구동시킴으로써 배터리 팩(100)의 발화로 인한 피해를 최소화 할 수 있다.
이와 같은 배터리 관리부(120)는 가령 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS) 및/또는 배터리 IC 등을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 배터리 팩(100)의 충전 전류 및/또는 방전 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예컨대, 배터리 관리부(120)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.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 배터리(20)의 전류, 전압, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State of Charge, SOC)등을 얻을 수 있다. 예컨대, 배터리 관리부(120)는 센서들을 이용하여 각 셀의 전압, 전류 및 온도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 가령 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다.
이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈(140) 배터리(20)가 소정의 임계 전류 이상에 노출될 때 작동하여 배터리(20)의 손상 및/또는 발화를 방지하는 수단을 의미할 수 있다. 가령 퓨즈(140)는 대전류 경로(160)에 소정의 임계 전류 이상의 과전류가 흐르는 상태에서 전술한 충방전 스위치(130)가 작동하지 않을 때 작동하여 배터리(20)를 비롯한 배터리 팩(100)의 구성요소들을 보호하는 수단을 의미할 수 있다. 이때 소정의 임계 전류는 배터리 팩(100)의 사용 용도, 사용 목적 및 사용 환경 등에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 퓨즈(140)는 온도 퓨즈(Thermal Fuse)를 포함할 수 있다. 온도 퓨즈(Thermal Fuse)는 대전류 경로(160)에 소정의 임계 전류 이상의 과전류가 흘러 퓨즈(140) 자체가 임계 온도 이상으로 가열되거나, 또는 배터리 팩(100)의 내부 온도가 상승하여 퓨즈(140)가 임계 온도 이상으로 가열될 때 스스로 융단 되어 배터리(20)의 충방전을 물리적으로 중단시킬 수 있다.
선택적 실시예에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 퓨즈(140)의 주위를 감싸는 히터(heater)를 포함하는 자가 제어 보호소자(Self Control Protector; SCP)를 더 포함할 수 있다. SCP는 배터리(20)의 과충전 상황에서, 히터로 퓨즈(140)를 가열하여 융단 시킴으로써 배터리(20)의 과충전을 차단시킬 수 있다.
본 발명에서 전자장치(150)는 배터리 팩(100)으로부터 전력을 공급 받아 동작하는 다양한 종류의 전자장치를 의미할 수 있다. 가령 배터리 팩(100)이 청소기(500)에 사용되는 경우, 전자장치(150)는 청소기의 본체 또는 청소기의 회로부일 수 있다.
또한 배터리 팩(100)이 휴대 단말에 사용되는 경우, 전자장치(150)는 휴대 단말 본체 또는 휴대 단말의 회로부일 수 있다.
또한 배터리 팩(100)이 전기 자동차와 같이 전력으로 구동되는 이동수단에 사용되는 경우, 전자장치(150)는 이동수단 그 자체 또는 이동수단의 회로부일 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 전자장치(150)는 그 명칭에도 불구하고, 배터리 팩(100)으로부터 전력을 공급 받아 구동되는 다양한 전자장치들을 의미할 수 있다.
이하에서는 셀(21)의 이상 상황 발생시 배터리 관리부(120)의 동작을 중심으로 설명한다.
본 발명에서 셀(21)의 '이상 상황'은 일반적인 사용에 있어서 셀(21)이 절대로 처하면 안되는 상황을 의미할 수 있다. 이와 같은 셀(21)의 이상 상황은 셀(21)에 대한 다양한 물리량을 확인함으로써 감지될 수 있다. 가령 셀(21)의 전압으로써 이상 상황을 감지하는 경우, 셀(21)의 전압이 일반적으로 사용되는 범위인 1.8V 내지 4.2V를 초과하여 4.5V인 경우 셀(21)이 이상 상황에 처한 것으로 판단될 수 있다.
이와 같은 이상 상황의 감지를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 셀(21)에 대한 복수의 물리량을 확인할 수 있다. 이때 복수의 물리량은 셀(21)의 전압, 셀(21)의 온도 및 셀(21)의 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 확인된 복수의 물리량 중 제1 물리량이, 제1 물리량에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
가령 제1 물리량이 온도인 경우, 배터리 관리부(120)는 확인된 셀(21)의 온도가 온도에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인할 수 있다. 일 예로, 온도에 대한 이상 동작 범위가 '90℃ 이상'인 경우 배터리 관리부(120)는 셀의 온도가 90℃ 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
한편 전술한 '이상 동작 범위'는 물리량에 따라 상한 및 하한으로 정의될 수도 있고, 상한 만으로 또는 하한 만으로 정의될 수도 있다. 가령 전술한 예시와 같이 물리량이 온도인 경우, 이상 동작 범위는 최소 온도인 하한 만으로 정의될 수 있다. 또한 물리량이 전압 또는 전류인 경우에도, 이상 동작 범위는 최소 전압 또는 최소 전류인 하한 만으로 정의될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 제1 물리량이 이상 동작 범위에 최초로 속한 제1 시점으로부터 소정의 임계 시간이 경과한 제2 시점까지 제1 물리량이 이상 동작 범위에 연속적으로 속한 경우에만 제1 물리량이 이상 동작 범위에 속하는 것으로 판단할 수도 있다. 이와 같은 방식은 배터리 관리부(120)의 이상 동작 여부 판단의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 제1 물리량이 이상 동작 범위에 속하는 경우, 퓨즈(140)의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 셀(21)을 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 참조하여 셀(21)의 방전 전류를 결정할 수 있다.
도 2 및 도 3은 퓨즈(140)의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 셀(21)을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 설명하기 위한 도면이다.
퓨즈(140)의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간에 의해 생성되는 제1 곡선(210)은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다. 제1 곡선(210)에 따르면, 예를 들어 퓨즈(140)는 400A의 방전 전류로 대략 10초 정도의 방전상태를 유지할 수 있다. 만약 400A의 방전 전류가 퓨즈(140)에 10초를 초과하여 흐를 경우 퓨즈(140)는 융단 될 수 있다. 물론 400A의 방전 전류가 퓨즈(140)에 10초 미만으로 흐를 경우 퓨즈(140)는 융단 되지 않을 수 있다.
한편 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 셀(21)을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간에 의해 생성되는 제2 곡선(220A)은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다. 제2 곡선(220A)에 따르면, 예를 들어 셀(21)을 400A(암페어)로 소정의 비율의 충전량까지 방전 시키기 위해서는 대략 10초 정도가 소요될 수 있다. 이때 '소정의 비율'은 사용자에 의해 적절히 설정되는 비율로, 가령 50%일 수 있다. 소정의 비율이 50%인 경우, 배터리 관리부(120)는 셀(21)의 충전량이 현재 충전량의 50%가 될 때까지 셀(21)의 방전을 수행할 수 있다.
한편 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 곡선(220A, 220B, 220C)은 현재 충전량에 따라 상이할 수 있다. 현재 충전량이 감소할수록 방전에 소요되는 시간이 감소하여 제2 곡선은 왼쪽으로(즉 220C에 가깝게) 이동할 수 있다.
반대로 현재 충전량이 증가할수록 방전에 소요되는 시간이 증가하므로, 제2 곡선은 오른쪽으로(즉 220A에 가깝게) 이동할 수 있다. 바꾸어 말하면 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 곡선(220A, 220B, 220C)은 셀(21)의 충전 상태 및 방전 상태 중 적어도 하나에 따라 갱신될 수 있다. 이와 같은 제1 곡선(210) 및 제2 곡선(220A, 220B, 220C)은 메모리(미도시)에 저장되어 배터리 관리부(120)로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 전술한 제1 곡선(210)과 제2 곡선(220A, 220B, 220C)의 교점(230A, 230B, 230C)을 산출할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 산출된 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값을 셀(21)의 방전 전류의 크기로 결정할 수 있다.
가령 배터리 관리부(120)는 산출된 교점에 대응되는 전류값 미만인 전류값을 방전 전류의 크기로 결정할 수 있다. 예를 들어, 교점으로써 첫 번째 교점(230A)이 산출된 경우, 배터리 관리부(120)는 320A 이하의 전류값 중 어느 하나의 전류값(가령 310A)을 방전 전류의 크기로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 전술한 과정에 의해서 결정된 방전 전류로 셀(21)에 의해 구동되는 전자장치(150)를 구동하여 셀(21)을 방전시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 퓨즈(140)가 손상되지 않는 범위 내에서의 최대 전류로 배터리 팩(100)에 의해 구동되는 전자장치(150)를 구동시킴으로써 셀(21)의 발화를 억제할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)에 의해 수행되는 셀의 발화 억제 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3에서 설명한 내용과 중복하는 설명은 생략하되, 도 1 내지 도 3을 함께 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 셀(21)에 대한 복수의 물리량을 확인할 수 있다.(S41) 이때 복수의 물리량은 셀(21)의 전압, 셀(21)의 온도 및 셀(21)의 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 확인된 복수의 물리량 중 제1 물리량이, 제1 물리량에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.(S42)
가령 제1 물리량이 온도인 경우, 배터리 관리부(120)는 확인된 셀(21)의 온도가 온도에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인할 수 있다. 일 예로, 온도에 대한 이상 동작 범위가 '90℃ 이상'인 경우 배터리 관리부(120)는 셀의 온도가 90℃ 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
한편 전술한 '이상 동작 범위'는 물리량에 따라 상한 및 하한으로 정의될 수도 있고, 상한 만으로 또는 하한 만으로 정의될 수도 있다. 가령 전술한 예시와 같이 물리량이 온도인 경우, 이상 동작 범위는 최소 온도인 하한 만으로 정의될 수 있다. 또한 물리량이 전압 또는 전류인 경우에도, 이상 동작 범위는 최소 전압 또는 최소 전류인 하한 만으로 정의될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 제1 물리량이 이상 동작 범위에 최초로 속한 제1 시점으로부터 소정의 임계 시간이 경과한 제2 시점까지 제1 물리량이 이상 동작 범위에 연속적으로 속한 경우에만 제1 물리량이 이상 동작 범위에 속하는 것으로 판단할 수도 있다. 이와 같은 방식은 배터리 관리부(120)의 이상 동작 여부 판단의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 제1 물리량이 이상 동작 범위에 속하는 경우, 퓨즈(140)의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 셀(21)을 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 참조하여 셀(21)의 방전 전류를 결정할 수 있다.(S43)
다시 도 2를 참조하면, 퓨즈(140)의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간에 의해 생성되는 제1 곡선(210)은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다. 제1 곡선(210)에 따르면, 예를 들어 퓨즈(140)는 400A의 방전 전류로 대략 10초 정도의 방전상태를 유지할 수 있다. 만약 400A의 방전 전류가 퓨즈(140)에 10초를 초과하여 흐를 경우 퓨즈(140)는 융단 될 수 있다. 물론 400A의 방전 전류가 퓨즈(140)에 10초 미만으로 흐를 경우 퓨즈(140)는 융단 되지 않을 수 있다.
한편 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 셀(21)을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간에 의해 생성되는 제2 곡선(220A)은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다. 제2 곡선(220A)에 따르면, 예를 들어 셀(21)을 400A로 소정의 비율의 충전량까지 방전 시키기 위해서는 대략 10초 정도가 소요될 수 있다. 이때 '소정의 비율'은 사용자에 의해 적절히 설정되는 비율로, 가령 50%일 수 있다. 소정의 비율이 50%인 경우, 배터리 관리부(120)는 셀(21)의 충전량이 현재 충전량의 50%가 될 때까지 셀(21)의 방전을 수행할 수 있다.
한편 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 곡선(220A, 220B, 220C)은 현재 충전량에 따라 상이할 수 있다. 현재 충전량이 감소할수록 방전에 소요되는 시간이 감소하여 제2 곡선은 왼쪽으로(즉 220C에 가깝게) 이동할 수 있다.
반대로 현재 충전량이 증가할수록 방전에 소요되는 시간이 증가하므로, 제2 곡선은 오른쪽으로(즉 220A에 가깝게) 이동할 수 있다. 바꾸어 말하면 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 곡선(220A, 220B, 220C)은 셀(21)의 충전 상태 및 방전 상태 중 적어도 하나에 따라 갱신될 수 있다. 이와 같은 제1 곡선(210) 및 제2 곡선(220A, 220B, 220C)은 메모리(미도시)에 저장되어 배터리 관리부(120)로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 전술한 제1 곡선(210)과 제2 곡선(220A, 220B, 220C)의 교점(230A, 230B, 230C)을 산출할 수 있다.(S431) 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 산출된 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값을 셀(21)의 방전 전류의 크기로 결정할 수 있다. (S432)
가령 배터리 관리부(120)는 산출된 교점에 대응되는 전류값 미만인 전류값을 방전 전류의 크기로 결정할 수 있다. 예를 들어, 교점으로써 첫 번째 교점(230A)이 산출된 경우, 배터리 관리부(120)는 320A 이하의 전류값 중 어느 하나의 전류값(가령 310A)을 방전 전류의 크기로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부(120)는 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 전술한 과정에 의해서 결정된 방전 전류로 셀(21)에 의해 구동되는 전자장치(150)를 구동하여 셀(21)을 방전시킬 수 있다.(S44)
이와 같이 본 발명은 퓨즈(140)가 손상되지 않는 범위 내에서의 최대 전류로 배터리 팩(100)에 의해 구동되는 전자장치(150)를 구동시킴으로써 셀(21)의 발화를 억제할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
20: 배터리
21: 배터리 셀
100: 배터리 팩
110: 밸런싱 장치
120: 배터리 관리부
130: 스위치
140: 퓨즈
150: 전자장치

Claims (15)

  1. 셀의 이상 상황 발생시 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀의 발화를 억제하는 방법에 있어서,
    상기 셀에 대한 복수의 물리량을 확인하는 단계;
    상기 확인한 복수의 물리량 중 제1 물리량이 상기 제1 물리량에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 참조하여, 상기 셀의 방전 전류를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 상기 방전 전류로 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀을 방전시키는 단계;를 포함하는, 셀의 발화 억제 방법.
  2. 제1 항에 있어서
    상기 셀의 방전 전류를 결정하는 단계는
    상기 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간에 의해 생성되는 제1 곡선과 상기 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간에 의해 생성되는 제2 곡선의 교점을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값을 상기 방전 전류의 크기로 결정하는 단계;를 포함하는, 셀의 발화 억제 방법.
  3. 제2 항에 있어서
    상기 제2 곡선은 상기 셀의 충전 상태 및 방전 상태 중 적어도 하나에 따라 갱신되는, 셀의 발화 억제 방법.
  4. 제2 항에 있어서
    상기 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값은
    상기 교점에 대응되는 전류값 미만인 전류값을 포함하는, 셀의 발화 억제 방법.
  5. 제1 항에 있어서
    상기 소정의 비율의 충전량은
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 시점에서의 충전량의 50% 이하인 충전량을 포함하는, 셀의 발화 억제 방법.
  6. 제1 항에 있어서
    상기 복수의 물리량은
    상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도 및 상기 셀의 전류 중 적어도 하나를 포함하는, 셀의 발화 억제 방법.
  7. 제1 항에 있어서
    상기 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인하는 단계는
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 최초로 속한 제1 시점으로부터 소정의 임계 시간이 경과한 제2 시점까지 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 연속적으로 속한 경우 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 것으로 판단하는, 셀의 발화 억제 방법.
  8. 컴퓨터를 이용하여 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  9. 셀의 이상 상황 발생시 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀의 발화를 억제하는 장치에 있어서, 상기 장치는 배터리 관리부를 포함하고
    상기 배터리 관리부는
    상기 셀에 대한 복수의 물리량을 확인하고,
    상기 확인한 복수의 물리량 중 제1 물리량이 상기 제1 물리량에 대해 설정된 이상 동작 범위에 속하는지 여부를 확인하고,
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간 및 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간을 참조하여, 상기 셀의 방전 전류를 결정하고,
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 경우, 상기 방전 전류로 상기 셀에 의해 구동되는 전자장치를 구동하여 상기 셀을 방전시키는, 셀의 발화 억제 장치.
  10. 제9 항에 있어서
    상기 배터리 관리부는
    상기 퓨즈의 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 방전상태의 유지가 가능한 시간에 의해 생성되는 제1 곡선과 상기 적어도 하나의 방전 전류 각각에서 상기 셀을 현재 충전량에 대한 소정의 비율의 충전량까지 방전시키기 위해 소요되는 시간에 의해 생성되는 제2 곡선의 교점을 산출하고,
    상기 산출된 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값을 상기 방전 전류의 크기로 결정하는, 셀의 발화 억제 장치.
  11. 제10 항에 있어서
    상기 제2 곡선은 상기 셀의 충전 상태 및 방전 상태 중 적어도 하나에 따라 갱신되는, 셀의 발화 억제 장치.
  12. 제10 항에 있어서
    상기 교점에 대응되는 전류값과 소정의 관계에 있는 전류값은
    상기 교점에 대응되는 전류값 미만인 전류값을 포함하는, 셀의 발화 억제 장치.
  13. 제9 항에 있어서
    상기 소정의 비율의 충전량은
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 시점에서의 충전량의 50% 이하인 충전량을 포함하는, 셀의 발화 억제 장치.
  14. 제9 항에 있어서
    상기 복수의 물리량은
    상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도 및 상기 셀의 전류 중 적어도 하나를 포함하는, 셀의 발화 억제 장치.
  15. 제9 항에 있어서
    상기 배터리 관리부는
    상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 최초로 속한 제1 시점으로부터 소정의 임계 시간이 경과한 제2 시점까지 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 연속적으로 속한 경우 상기 제1 물리량이 상기 이상 동작 범위에 속하는 것으로 판단하는, 셀의 발화 억제 장치.
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