KR20210095494A - 배터리 제어 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 제어 장치 및 방법 Download PDF

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김태훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는 검출된 배터리의 온도에 따라 출력이 변화하는 온도 변환부, 상기 온도 변환부로부터의 입력에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하기 위한 제1 신호를 생성하는 주제어부, 상기 온도 변환부로부터의 입력에 기초하여 자동으로 제2 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 생성부 및 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING BATTERY}
본 발명은 온도 상태에 따라 배터리를 제어하는 배터리 제어 장치 및 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 리튬 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, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
또한, 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리 관리 시스템에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다.
한편, 배터리의 외부 온도나 내부 온도가 정상보다 높거나 낮은 상태에서 배터리를 동작시키는 것은 매우 위험하므로 이를 방지하기 위한 회로가 필요하다. 일반적으로는 배터리의 MCU가 서미스터(thermistor) 등의 온도 소자를 통해 배터리 온도를 계산하고, 온도값을 이용하여 배터리를 진단한 후 이상 발생시 배터리의 동작을 정지시키는 방식으로 제어를 수행하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 MCU에 지나치게 의존적이어서 MCU 불량에 대한 여러 보안책들이 요구되며, MCU의 비용이 증가하고, 소프트웨어적으로 구현하는 것에 있어서 작업이 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명은 온도에 따라 값이 변하는 소자와 스위칭 소자를 이용하여 배터리의 온도가 기준 범위를 벗어난 경우 배터리의 동작을 자동으로 차단시킴으로써, 배터리의 온도 상태에 따라 하드웨어적으로도 제어를 수행할 수 있는 배터리 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는 검출된 배터리의 온도에 따라 출력이 변화하는 온도 변환부, 상기 온도 변환부로부터의 입력에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하기 위한 제1 신호를 생성하는 주제어부, 상기 온도 변환부로부터의 입력에 기초하여 자동으로 제2 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 생성부 및 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 방법은 온도 변환 소자를 통해 검출된 배터리의 온도에 따라 출력을 변화시키는 단계, 상기 온도 변환 소자로부터의 입력에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하기 위한 제1 신호를 생성하는 단계, 상기 온도 변환 소자로부터의 입력에 기초하여 자동으로 제2 신호를 생성는 단계, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 온/오프를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 제어 장치 및 방법에 따르면 온도에 따라 값이 변하는 소자와 스위칭 소자를 이용하여 배터리의 온도가 기준 범위를 벗어난 경우 배터리의 동작을 자동으로 차단시킴으로써, 배터리의 온도 상태에 따라 하드웨어적으로도 제어를 수행할 수 있다. 따라서, 온도 상태에 따른 배터리의 동작 제어시 MCU에 대한 의존도를 낮추고 비용을 절감할 수 있으며, 보다 용이하게 제어를 수행할 수 있다.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a는 종래 기술에 따라 배터리를 제어하는 방법을 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에 의해 배터리를 제어하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치가 동작하는 것을 나타내는 도면이고, 도 4b는 배터리 제어 장치의 서미스터의 온도에 따른 저항 변화 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치의 구체적인 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 진단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 BPU(Battery Protection Unit)(1)와 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2) 및 복수의 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 제어 시스템은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고, 충방전 가능한 복수의 배터리 모듈(10)을 포함하며, BPU(1)는 배터리 모듈(10)의 +단자 측 또는 -단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, BPU(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다.
여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다.
또한, BMS(20)는, BPU(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자(14)에 인접해서 마련된 센서(12)를 이용하여 배터리 팩의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. BMS(20)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
또한, BMS(20)는, 스위칭 소자(14) 예를 들어 MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다.
상위 제어기(2)는 BMS(20)로 배터리 모듈에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(20)는 상위 제어기로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 본 발명의 배터리 셀이 ESS(Energy Storage System) 또는 차량 등에 이용되는 배터리 팩에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 BPU(1)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치(200)는 온도 변환부(210), 주제어부(220), 신호 생성부(230), 스위칭 제어부(240) 및 알람부(250)를 포함할 수 있다.
온도 변환부(210)는 검출된 배터리의 온도에 따라 출력이 변화하는 소자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 온도 변환부(210)는 온도에 따라 저항값이 변화하는 가변 저항 소자(서미스터 등)를 포함할 수 있다. 이 때, 온도 변환부(210)는 배터리 제어 장치(200)에 인가된 전압에 대하여 가변 저항 소자에 의해 분배된 전압 신호를 주제어부(220)와 신호 생성부(230)로 인가할 수 있다.
주제어부(220)는 온도 변환부(210)로부터의 입력에 기초하여 배터리의 동작을 제어하기 위한 제1 신호를 생성할 수 있다. 즉, 주제어부(220)는 온도 변환부(210)로부터의 분배 전압에 기초하여 온도를 판단하고 그에 대한 제1 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 주제어부(220)에서 판단된 온도가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우(예를 들면, UTF(Under Temperature Fault) 또는 OTF(Over Temperature Fault)), 제1 신호는 로우(low)로 생성하고, 온도가 정상 범위에 포함되는 경우 제1 신호를 하이(high)로 생성할 수 있다. 이 때, 주제어부(220)는 MCU(Main Control Unit)일 수 있다.
신호 생성부(230)는 온도 변환부(210)로부터의 입력에 기초하여 자동으로 제2 신호를 생성하고, 주제어부(220)로부터 입력된 제1 신호와 생성된 제2 신호에 기초하여 배터리의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제1 신호와 제2 신호는 온도 변환부(210)에서 검출된 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위에 포함되는지 여부에 따라 달라지도록 결정될 수 있다.
또한, 신호 생성부(230)는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 때, 각 트랜지스터는 입력 전압과 미리 설정된 전압 기준치의 비교에 기초하여 출력이 달라질 수 있으며, 기준치는 트랜지스터 각각에 대해 다르게 설정되어 있을 수 있다. 예를 들면, 트랜지스터는 FET 또는 BJT 등을 포함할 수 있다. 신호 생성부(230)의 구체적인 회로 구조와 동작에 관해서는 도 4a 및 4b에서 후술한다.
스위칭 제어부(240)는 신호 생성부(230)로부터의 제어 신호에 기초하여 배터리의 온/오프를 제어할 수 있다. 이 때, 스위칭 제어부(240)는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 제어부(240)의 스위칭 소자는 전자 접촉기(magnetic contactor)와 회로 차단기(circuit breaker)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 스위칭 제어부(240)는 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위에 포함되는 경우 배터리를 온시켜 정상 동작되도록 하고, 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우 배터리를 오프시켜 동작이 차단되도록 할 수 있다.
알람부(250)는 스위칭 제어부(240)에 의해 배터리가 오프되어 동작이 차단되는 경우 경고 알림을 발생시킬 수 있다. 따라서, 사용자로 하여금 현재 배터리의 온도가 정상 범위를 벗어난 것을 인지하도록 할 수 있다.
한편, 도 2에는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치(200)는 메모리부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 메모리부에는 온도 변환부(210)의 온도 범위에 따른 출력 변화 특성, 전압 측정 데이터, 경고 알림 발생 내역 등 각종 데이터들이 저장되어 있을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에 따르면 온도에 따라 값이 변하는 소자와 스위칭 소자를 이용하여 배터리의 온도가 기준 범위를 벗어난 경우 배터리의 동작을 자동으로 차단시킴으로써, 배터리의 온도 상태에 따라 하드웨어적으로도 제어를 수행할 수 있다. 따라서, 온도 상태에 따른 배터리의 동작 제어시 MCU에 대한 의존도를 낮추고 비용을 절감할 수 있으며, 보다 용이하게 제어를 수행할 수 있다.
도 3a는 종래 기술에 따라 배터리를 제어하는 방법을 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에 의해 배터리를 제어하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 종래의 배터리 제어 방식은 온도에 따라 저항값이 변하는 소자(예를 들면, 서미스터 등)를 이용하여 온도에 따른 저항값으로 분배된 전압이 MCU로 인가되면, MCU는 분배 전압에 따라 온도를 계산한다. 만약, MCU에서 계산된 온도가 정상 온도 범위를 벗어난 경우 제어부로 신호 S1를 인가하여 배터리의 동작을 차단시킨다.
예를 들면, 25℃의 온도에서 10kΩ의 저항값을 갖는 서미스터를 사용하는 경우, 25℃에 맞는 저항값으로 분배된 전압인 2.5V가 MCU로 인가되고, MCU에서 입력된 전압값을 온도값으로 환산하여 배터리 온도가 정상 범위를 벗어나는 경우 제어부로 신호 S1을 low로 인가할 수 있다. 이 때, 제어부에서는 배터리의 차단기 등을 오프시켜 배터리의 동작을 정지시킬 수 있다.
한편, 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서는 온도에 따라 출력이 바뀌는 온도 변환부(310)를 이용하여 온도에 따른 저항값에 의해 분배된 전압(V)이 MCU(320)(주제어부)로 인가되고, MCU(320)에서 온도를 계산하여 배터리 온도가 정상 범위를 벗어나는 경우 신호 S1를 신호 생성부(330)로 인가한다. 또한, 신호 생성부(330)에서는 온도 변환부(310)로부터 입력된 분배 전압(V)에 따라 하드웨어적으로 자동 동작하여, 분배 전압(V)에 의해 검출된 온도에 따라 신호 S2를 발생시킨다. 이 때, 신호 생성부(330)는 신호 S1과 신호 S2에 기초하여 제어 신호 S3을 생성하고, 생성된 제어 신호 S3을 스위칭 제어부(340)에 인가함으로써 배터리의 동작을 자동적으로 제어할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치가 동작하는 것을 나타내는 도면이고, 도 4b는 배터리 제어 장치의 서미스터의 온도에 따른 저항 변화 특성을 나타내는 도면이다.
도 4a에 나타낸 배터리 제어 장치는 전술한 것과 같이, 검출된 온도에 따라 출력값이 바뀌는 온도 변환부(410)(예를 들면, 서미스터)를 이용하여 온도에 따른 저항값으로 분배된 전압(V)이 주제어부(420)와 신호 생성부(430)에 각각 인가된다. 또한, 신호 생성부(430)에 입력된 분배 전압(V)은 하드웨어적으로 신호 생성부(430)의 각 소자(예를 들면, 트랜지스터)를 동작시켜 자동 제어를 수행하도록 한다. 이 때, 신호 생성부(430)에서는 주제어부로부터의 신호 S1과 스위칭 소자에 의해 생성된 신호 S2에 기초하여 생성된 제어 신호 S3을 스위칭 제어부(440)로 인가함으로써 배터리의 동작을 온/오프 제어할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치의 온도 변환부(410)로서 도 4b에 나타낸 온도에 따른 저항 변화 특성을 갖는 서미스터(NTC)를 사용하는 것으로 하여 구체적인 동작에 관하여 설명한다. 도 4b의 서미스터를 사용하는 경우, 도 4a에 나타낸 배터리 제어 장치는 -40 내지 85℃에서 정상 동작하고, 그 이외의 온도 범위에서는 배터리의 동작을 차단하도록 구성된 회로일 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것일 뿐, 도 4a의 온도 변환부(410)는 서미스터 외에도 온도에 따라 출력값이 변하는 다양한 소자들이 사용될 수 있고, 온도에 따른 출력 특성도 달라질 수 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 현재 배터리의 온도가 -45℃인 경우, 도 4b의 표에 의하면 분배 전압(V)은 4.5V가 된다. 이 경우, 신호 생성부(430)의 ①에서 V>Vth이므로 ①이 턴온되고, ②에서 V>Vth이므로 ②도 턴온되며, 이 때 출력은 low이다. 한편, ③에서는 입력 전압<Vth이므로 턴오프되고, 이 때 ①과 ③의 AND 조건에 의해 신호 S2는 low가 된다. 따라서, ⑤에서는 입력 전압<Vth이므로 ⑤는 턴오프된다. 한편, 주제어부(MCU)(420)에서는 분배 전압(V)이 4.5V인 것을 감지하여 현재 배터리의 온도가 -45℃로 판단할 수 있다. 이 때, 주제어부(420)에서는 배터리의 온도가 UTF인 것으로 진단하여 신호 S1을 low로 출력한다. 또한, ④에서는 입력 전압<Vth이므로 ④는 턴오프되고, ④와 ⑤의 And 조건에 의해 신호 S3은 low가 되어 스위칭 제어부(440)는 MC, CB 등의 차단기를 오픈(open)시켜 배터리의 동작을 차단한다.
한편, 현재 배터리의 온도가 25℃인 경우, 도 4b를 참조하면 분배 전압(V)은 2.5V가 된다. 이 경우, 신호 생성부(430)의 ①에서 V>Vth이므로 ①이 턴온되고, ②에서 V<Vth이므로 ②는 턴오프되며, 이 때 출력은 high이다. 한편, ③에서는 입력 전압>Vth이므로 턴온되고, 이 때 ①과 ③의 AND 조건에 의해 신호 S2는 high가 된다. 따라서, ⑤에서는 입력 전압>Vth이므로 ⑤는 턴온된다. 한편, 주제어부(MCU)(420)에서는 분배 전압(V)이 2.5V인 것을 감지하여 현재 배터리의 온도가 25℃로 판단할 수 있다. 이 때, 주제어부(420)에서는 배터리의 온도가 정상 범위인 것으로 진단하여 신호 S1을 high로 출력한다. 또한, ④에서는 입력 전압>Vth이므로 ④는 턴온되고, ④와 ⑤의 And 조건에 의해 신호 S3은 high가 되어 스위칭 제어부(440)는 MC, CB 등의 차단기를 클로즈(close)시켜 배터리를 정상 동작시킨다.
또한, 현재 배터리의 온도가 90℃인 경우, 도 4b의 표에 의하면 분배 전압(V)은 0.5V가 된다. 이 경우, 신호 생성부(430)의 ①에서 V<Vth이므로 ①이 턴오프되고, ②에서 V<Vth이므로 ②도 턴오프되며, 이 때 출력은 high이다. 한편, ③에서는 입력 전압>Vth이므로 턴온되고, 이 때 ①과 ③의 AND 조건에 의해 신호 S2는 low가 된다. 따라서, ⑤에서는 입력 전압<Vth이므로 ⑤는 턴오프된다. 한편, 주제어부(MCU)(420)에서는 분배 전압(V)이 0.5V인 것을 감지하여 현재 배터리의 온도가 90℃로 판단할 수 있다. 이 때, 주제어부(420)에서는 배터리의 온도가 OTF인 것으로 진단하여 신호 S1을 low로 출력한다. 또한, ④에서는 입력 전압<Vth이므로 ④는 턴오프되고, ④와 ⑤의 And 조건에 의해 신호 S3은 low가 되어 스위칭 제어부(440)는 MC, CB 등의 차단기를 오픈시켜 배터리의 동작을 차단한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는 정상 온도 범위인 -40 내지 85℃에서는 배터리를 정상 동작시키고, 이외의 온도 범위에서는 배터리의 동작을 차단시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치가 도 4a 및 4b에서 설명한 방식으로만 동작하는 것은 아니며, 트랜지스터또한 FET 뿐 아니라 다양한 소자로 대체될 수 있고, 동작 조건도 And 조건, Or 조건 등 다양한 조건이 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 온도 변환 소자를 통해 검출된 배터리의 온도에 따라 출력을 변화시킨다(S510). 이 때, 온도 변환 소자는 도 2의 온도 변환부(210)에 포함될 수 있다. 예를 들면, 온도 변환 소자는 온도에 따라 저항값이 변화하는 가변 저항 소자(서미스터 등)를 포함할 수 있다. 이 때, 온도 변환 소자는 인가된 전압에 분배된 전압 신호를 생성할 수 있다.
또한, 주제어부에서는 온도 변환 소자로부터의 입력에 기초하여 배터리의 동작을 제어하기 위한 제1 신호를 생성하고(S520), 신호 생성부에서는 온도 변환 소자로부터의 입력에 기초하여 자동적으로 제2 신호를 생성한다(S530). 이 때, 제1 신호와 제2 신호는 분배 전압 신호에 따라 달라질 수 있다.
그리고, 제1 신호와 제2 신호에 기초하여 배터리의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성한다(S540). 이 경우, 신호 생성부에서는 트랜지스터 등의 소자를 통해 하드웨어적으로 제2, 3 신호를 자동 생성할 수 있다. 이에 관해서는 도 4a 및 4b에서 상세하게 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 신호 생성부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 스위칭 제어부가 배터리의 온/오프를 제어한다(S550). 구체적으로, 단계 S550에서는 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위에 포함되는 경우 배터리를 온 시켜 정상 동작되도록 하고, 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우 배터리를 오프 시켜 동작이 차단되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치의 구체적인 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 가변 저항 소자를 통해 검출된 온도에 따른 저항값에 의해 발생하는 분배 전압을 주제어부와 신호 생성부로 인가한다(S610). 그리고 인가된 분배 전압이 미리 설정된 범위 이내 인지 여부를 판단한다(S620).
만약, 인가된 분배 전압이 미리 설정된 범위를 벗어난 경우(NO), 주제어부에서 제1 신호를 Low로 출력하고(S630), 신호 생성부에서 제2 신호를 Low로 출력한다(S640). 그리고, 제1 신호와 제2 신호에 기초하여 생성된 제어 신호를 Low로 출력한다(S650). 다음으로, 단계 S650에 따른 제어 신호에 의해 스위칭 소자를 오프시켜 배터리의 동작을 차단한다(S660).
한편, 인가된 분배 전압이 미리 설정된 범위 이내인 경우(YES), 주제어부에서 제1 신호를 High로 출력하고(S670), 신호 생성부에서 제2 신호를 High로 출력한다(S680). 그리고, 제1 신호와 제2 신호에 기초하여 생성된 제어 신호를 High로 출력한다(S690). 다음으로, 단계 S690에 따른 제어 신호에 의해 스위칭 소자를 온시켜 배터리를 정상 동작시킨다(S700).
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 방법에 따르면 온도에 따라 값이 변하는 소자와 스위칭 소자를 이용하여 배터리의 온도가 기준 범위를 벗어난 경우 배터리의 동작을 자동으로 차단시킴으로써, 배터리의 온도 상태에 따라 하드웨어적으로도 제어를 수행할 수 있다. 따라서, 온도 상태에 따른 배터리의 동작 제어시 MCU에 대한 의존도를 낮추고 비용을 절감할 수 있으며, 보다 용이하게 제어를 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 배터리 제어 장치(700)는, 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 710)와, 운영체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리 진단 프로그램, 스위칭 제어 프로그램 등) 등이 기록되는 메모리(720)와, 배터리 셀 모듈 및/또는 반도체 스위칭 소자와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(730)와, 유무선 통신망을 통해 외부와 통신 가능한 통신 인터페이스(740)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(720)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(710)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: BPU 2: 상위 제어기
10: 복수의 배터리 모듈 12: 센서
14: 스위칭부 20: BMS
200, 700: 배터리 제어 장치 210: 온도 변환부
220: 주제어 부 230: 신호 생성부
240: 스위칭 제어부 250: 알람부
710: MCU 720: 메모리
730: 입출력 I/F 740: 통신 I/F

Claims (12)

  1. 검출된 배터리의 온도에 따라 출력이 변화하는 온도 변환부;
    상기 온도 변환부로부터의 입력에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하기 위한 제1 신호를 생성하는 주제어부;
    상기 온도 변환부로부터의 입력에 기초하여 자동으로 제2 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하는 신호 생성부; 및
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 배터리 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호는 상기 온도 변환부에서 검출된 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위에 포함되는지 여부에 따라 달라지도록 결정되고,
    상기 스위칭 제어부는 상기 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위에 포함되는 경우 상기 배터리를 온 시켜 정상 동작되도록 하고, 상기 배터리의 온도가 상기 미리 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우 상기 배터리를 오프 시켜 동작이 차단되도록 하는 배터리 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 변환부는 온도에 따라 저항값이 변화하는 가변 저항 소자를 포함하는 배터리 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 온도 변환부는 상기 가변 저항 소자에 의해 분배된 전압 신호를 상기 신호 생성부로 인가하는 배터리 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 생성부는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 배터리 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 트랜지스터는 입력 전압과 미리 설정된 전압 기준치의 비교에 기초하여 출력이 달라지는 배터리 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기준치는 상기 트랜지스터 각각에 대해 다르게 설정되어 있는 배터리 제어 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하는 배터리 제어 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 전자 접촉기(magnetic contactor)와 회로 차단기(circuit breaker)를 포함하는 배터리 제어 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 제어부에 의해 상기 배터리가 오프되어 동작이 차단되는 경우 경고 알림을 발생시키는 알람부를 더 포함하는 배터리 제어 장치.
  11. 온도 변환 소자를 통해 검출된 배터리의 온도에 따라 출력을 변화시키는 단계;
    상기 온도 변환 소자로부터의 입력에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하기 위한 제1 신호를 생성하는 단계;
    상기 온도 변환 소자로부터의 입력에 기초하여 자동으로 제2 신호를 생성는 단계;
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 기초하여 상기 배터리의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 온/오프를 제어하는 단계를 포함하는 배터리 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호는 상기 온도 변환부에서 검출된 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위에 포함되는지 여부에 따라 달라지도록 결정되고,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 배터리의 온/오프를 제어하는 단계는 상기 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 범위에 포함되는 경우 상기 배터리를 온 시켜 정상 동작되도록 하고, 상기 배터리의 온도가 상기 미리 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우 상기 배터리를 오프 시켜 동작이 차단되도록 하는 배터리 제어 방법.

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