KR20210136607A - 전류제어방식 배터리 방전장치 - Google Patents

전류제어방식 배터리 방전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배터리의 일단자에 연결되는 다수의 전력스위치와; 상기 다수의 전력스위치에 적어도 하나의 제어신호를 인가하는 적어도 하나의 전류궤환 제어회로와; 상기 다수의 전력스위치와 상기 배터리의 타단자에 연결되는 적어도 하나의 전류측정저항과; 상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로에 적어도 하나의 기준신호를 공급하는 마이크로 프로세서를 포함하는 전류제어방식 배터리 방전장치를 제공한다.

Description

전류제어방식 배터리 방전장치 {Current Control Type Battery Discharge Apparatus}
본 발명은, 전류제어방식 배터리 방전장치에 관한 것으로, 특히 다수의 전력스위치와 다수의 전류궤환 제어회로를 포함하는 독립 전류제어방식 배터리 방전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해 발생에 심각한 영향을 주고 있다. 이에 따라, 최근에는 공해 발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
특히, 전기자동차는, 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리엔진을 이용하는 자동차로서, 충방전이 가능한 다수의 배터리 셀(cell)이 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
배터리의 사용 완료 후 전기적 안전성 확보를 위하여, 차량에서 배터리를 사전에 탈거하여야 하며, 탈거 후 염수에 담가 방전해야 하는데, 이러한 염수 침수 방전에서는, 염수의 제작 및 관리가 불편하고, 방전 시 대용량 수조, 호이스트, 지게차 등 추가적 장비가 필요하여 작업성이 좋지 않은 문제가 있다.
또한, 방전 중 유해 가스와 폐수가 발생하며, 배터리가 염수에 의해 부식되어 방전 후 배터리의 재활용 가치가 떨어지게 되는 문제가 있고, 전기 분해를 이용한 방전 방법이므로 배터리 내 남은 전기 에너지도 재사용할 수 없는 문제가 있다.
그리고, 염수 침수 방전 중 배터리의 전압 등을 계측할 수가 없어서, 방전 종료 시점을 알 수 없으며, 확실한 방전을 위해 장시간이 소요되는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 전력스위치에 다수의 전류궤환 제어회로를 각각 연결하여 다수의 전력스위치를 독립적으로 제어함으로써, 안정성이 향상되고 수명이 연장되는 독립 전류제어방식 배터리 방전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 배터리의 일단자에 연결되는 다수의 전력스위치와; 상기 다수의 전력스위치에 적어도 하나의 제어신호를 인가하는 적어도 하나의 전류궤환 제어회로와; 상기 다수의 전력스위치와 상기 배터리의 타단자에 연결되는 적어도 하나의 전류측정저항과; 상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로에 적어도 하나의 기준신호를 공급하는 마이크로 프로세서를 포함하는 전류제어방식 배터리 방전장치를 제공한다.
그리고, 상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로는 상기 다수의 전력스위치의 방전전류에 대응되는 적어도 하나의 측정신호를 상기 마이크로 프로세서로 전달하고, 상기 마이크로 프로세서는 상기 적어도 하나의 측정신호에 대응되는 상기 적어도 하나의 기준신호를 상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로로 전달할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로는 상기 적어도 하나의 기준신호에 대응되는 상기 적어도 하나의 제어신호를 이용하여 상기 다수의 전력스위치의 상기 방전전류를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 다수의 전력스위치는 제1 내지 제n전력스위치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로는 상기 제1 내지 제n전력스위치에 각각 연결되는 제1 내지 제n전류궤환 제어회로를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전류측정저항은 상기 제1 내지 제n전력스위치에 각각 연결되는 제1 내지 제n전류측정저항을 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 제어신호는 상기 제1 내지 제n전력스위치에 각각 인가되는 제1 내지 제n제어신호를 포함하고, 상기 적어도 하나의 기준신호는 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로에 각각 전달되는 제1 내지 제n기준신호를 포함할 수 있다.
그리고, 전류제어방식 배터리 방전장치는 상기 마이크로 프로세서와 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로 사이에 연결되는 선택스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로는 상기 제1 내지 제n전력스위치의 방전전류에 대응되는 제1 내지 제n측정신호를 상기 마이크로 프로세서로 전달하고, 상기 마이크로 프로세서는 상기 제1 내지 제n측정신호에 대응되는 상기 제1 내지 제n기준신호와 선택신호를 상기 선택스위치로 전달하고, 상기 선택스위치는 상기 선택신호에 따라 상기 제1 내지 제n기준신호를 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로로 각각 전달할 수 있다.
그리고, 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로는 상기 제1 내지 제n기준신호에 대응되는 상기 제1 내지 제n제어신호를 이용하여 상기 제1 내지 제n전력스위치의 상기 방전전류를 각각 제어할 수 있다.
본 발명은, 다수의 전력스위치에 다수의 전류궤환 제어회로를 각각 연결하여 다수의 전력스위치를 독립적으로 제어함으로써, 안정성이 향상되고 수명이 연장되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치를 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치(110)는, 배터리(120), 다수의 전력스위치(130), 전류측정저항(140), 전류궤환 제어회로(150), 마이크로 프로세서(160)를 포함한다.
구체적으로, 사용 후 방전을 위한 배터리(120)의 양극 및 음극은, 각각 다수의 전력스위치(130)와 전류측정저항(140)에 연결될 수 있다.
다수의 전력스위치(130)는, 배터리(120)와 전류측정저항(140) 사이에서 병렬로 연결되고 전류궤환 제어회로(150)의 제어신호(CS)에 따라 스위칭 제어되어, 배터리(120)의 양극으로부터 음극으로 흐르는 방전전류의 전류량을 조절하고, 그 결과 배터리(120)의 잔존 전력을 열로 변환하여 방출할 수 있다.
예를 들어, 다수의 전력스위치(130)는 각각이 트랜지스터(transistor: TR), 전계효과 트랜지스터(field effect transistor: FET), 절연게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor: IGBT) 중 하나인 제1 내지 제n전력스위치(PS1 내지 PSn)를 포함할 수 있다.
다수의 전력스위치(130) 각각은 게이트전극, 드레인전극, 소스전극을 포함하고, 게이트전극은 전류궤환 제어회로(150)에 연결되어 제어신호(CS)를 수신하고, 드레인전극은 배터리(120)의 양극에 연결되고, 소스전극은 전류측정저항(140)의 일단에 연결될 수 있다.
전류측정저항(140)은 다수의 전력스위치(130)와 배터리(120) 사이에 연결되어 배터리(120)의 양극 및 음극 사이에 다수의 전력스위치(130)를 통하여 흐르는 방전전류의 전류량 측정에 이용되는데, 전류측정저항(140)의 일단은 다수의 전력스위치(130)에 연결되고, 전류측정저항(140)의 타단은 배터리(120)의 음극에 연결될 수 있다.
전류궤환 제어회로(150)는, 다수의 전력스위치(130) 각각의 일 전극에 연결되어 제어신호(CS)를 인가하고, 다수의 전력스위치(130)와 전류측정저항(140) 사이의 연결노드에 연결되어 전압을 측정하고, 연결노드의 전압값과 전류측정저항(140)의 저항값으로부터 방전전류를 산출하고, 방전전류에 대응되는 측정신호(MS)를 마이크로 프로세서(160)로 전달한다.
예를 들어, 전류궤환 제어회로(150)는, 다수의 전력스위치(130)를 흐르는 방전전류가 기준신호(RS)에 대응되는 기준전류 미만일 경우 다수의 전력스위치(130)의 턴-온(turn-on)에 대응되는 제어신호(CS)를 이용하여 다수의 전력스위치(130)를 제어하고, 다수의 전력스위치(130)를 흐르는 방전전류가 기준신호(RS)에 대응되는 기준전류 이상일 경우 다수의 전력스위치(130)의 턴-오프(turn-off)에 대응되는 제어신호(CS)를 이용하여 다수의 전력스위치(130)를 제어할 수 있다.
마이크로 프로세서(160)는, 전류궤환 제어회로(150)로부터 측정신호(MS)를 전달 받고, 측정신호(MS)를 반영한 기준신호(RS)를 산출하여 전류궤환 제어회로(150)로 전달한다.
이러한 제1실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치(110)에서는, 마이크로 프로세서(160)가 방전전류에 대응되는 측정신호(MS)를 이용하여 기준신호(RS)를 산출하고, 전류궤환 제어회로(150)가 마이크로 프로세서(160)의 기준신호(RS)를 이용하여 제어신호(CS)를 산출하고, 다수의 전력스위치(130)가 전류궤환 제어회로(150)의 제어신호(CS)에 따라 스위칭 제어되어 방전전류가 흐르고, 그 결과 배터리(120)의 잔존 전력이 열로 변환되어 방출된다.
한편, 다수의 전력스위치(130)는 특성 차이를 가질 수 있는데, 이러한 다수의 전력스위치(130)를 하나의 전류궤환 제어회로(150)의 하나의 제어신호(CS)로 제어할 경우, 다수의 전력스위치(130)의 특성 차이로 인하여 다수의 전력스위치(130)에 흐르는 방전전류가 상이하게 되어 다수의 전력스위치(130)의 발열량의 불균형이 발생할 수 있다.
그리고, 이러한 발열량의 불균형이 심화되면 다수의 전력스위치(130)가 파손될 수 있으며, 다수의 전력스위치(130) 중 일부가 파손된 경우 다수의 전력스위치(130)가 병렬로 연결되어 있어서 파손된 전력스위치의 확인이 힘들고, 파손된 전력스위치가 단락(shortage)된 경우 전류제어방식 배터리 방전장치(110)의 방전제어 기능이 상실될 수 있다.
다른 실시예에서는 다수의 전류궤환 제어회로를 이용하여 다수의 전력스위치를 독립적으로 제어할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치(210)는, 배터리(220), 다수의 전력스위치(230), 다수의 전류측정저항(240), 다수의 전류궤환 제어회로(250), 마이크로 프로세서(160), 선택스위치(270)를 포함한다.
구체적으로, 사용 후 방전을 위한 배터리(220)의 양극 및 음극은, 각각 다수의 전력스위치(230)와 다수의 전류측정저항(240)에 연결될 수 있다.
다수의 전력스위치(230)는, 각각 배터리(220)와 다수의 전류측정저항(240) 사이에 연결되고 다수의 전류궤환 제어회로(250)의 다수의 제어신호(제1 내지 제n제어신호)(CS1 내지 CSn)에 따라 각각 스위칭 제어되어, 배터리(220)의 양극으로부터 음극으로 흐르는 방전전류의 전류량을 조절하고, 그 결과 배터리(220)의 잔존 전력을 열로 변환하여 방출할 수 있다.
예를 들어, 다수의 전력스위치(230)는 각각이 트랜지스터(transistor: TR), 전계효과 트랜지스터(field effect transistor: FET), 절연게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor: IGBT) 중 하나인 제1 내지 제n전력스위치(PS1 내지 PSn)를 포함할 수 있다.
다수의 전력스위치(230)는 각각 게이트전극, 드레인전극, 소스전극을 포함하고, 게이트전극은 다수의 전류궤환 제어회로(250)에 각각 연결되어 다수의 제어신호(CS1 내지 CSn)를 각각 수신하고, 드레인전극은 배터리(220)의 양극에 각각 연결되고, 소스전극은 다수의 전류측정저항(240)의 일단에 각각 연결될 수 있다.
다수의 전류측정저항(240)은 다수의 전력스위치(230)와 배터리(220) 사이에 연결되어 배터리(220)의 양극 및 음극 사이에 다수의 전력스위치(240)를 통하여 흐르는 방전전류의 전류량 측정에 이용되는데, 다수의 전류측정저항(240)의 일단은 다수의 전력스위치(230)에 각각 연결되고, 다수의 전류측정저항(240)의 타단은 배터리(220)의 음극에 연결될 수 있다.
예를 들어, 다수의 전류측정저항(240)은 제1 내지 제n전력스위치(PS1 내지 PSn)에 각각 연결되는 제1 내지 제n전류측정저항(MR1 내지 MRn)을 포함할 수 있다.
다수의 전류궤환 제어회로(250)는, 다수의 전력스위치(230)의 일 전극에 각각 연결되고, 다수의 기준신호(RS1 내지 RSn)가 반영된 다수의 제어신호(CS1 내지 CSn)를 다수의 전력스위치(230)에 각각 인가하고, 다수의 전력스위치(230)와 다수의 전류측정저항(240) 사이의 연결노드에 각각 연결되어 전압을 측정하고, 연결노드의 전압값과 다수의 전류측정저항(240)의 저항값으로부터 다수의 전력스위치(230)를 흐르는 다수의 방전전류를 산출하고, 다수의 방전전류에 대응되는 다수의 측정신호(제1 내지 제n측정신호)(MS1 내지 MSn)를 마이크로 프로세서(260)로 전달한다.
예를 들어, 다수의 전류궤환 제어회로(250)는, 다수의 전력스위치(230)를 흐르는 다수의 방전전류가 각각 다수의 기준신호(RS1 내지 RSn)에 대응되는 다수의 기준전류 미만일 경우 다수의 전력스위치(130)의 턴-온(turn-on)에 각각 대응되는 다수의 제어신호(CS1 내지 CSn)를 이용하여 다수의 전력스위치(130)를 각각 제어하고, 다수의 전력스위치(130)를 흐르는 다수의 방전전류가 각각 다수의 기준전류(RS1 내지 RSn) 이상일 경우 다수의 전력스위치(130)의 턴-오프(turn-off)에 각각 대응되는 다수의 제어신호(CS1 내지 CSn)를 이용하여 다수의 전력스위치(130)를 각각 제어할 수 있다.
이를 위하여, 다수의 전류궤환 제어회로(250)는 제1 내지 제n전력스위치(PS1 내지 PSn)에 각각 연결되는 제1 내지 제n전류궤환 제어회로(FC1 내지 FCn)를 포함할 수 있다.
마이크로 프로세서(260)는, 다수의 전류궤환 제어회로(250)로부터 다수의 측정신호(MS1 내지 MSn)를 전달 받고, 다수의 측정신호(MS1 내지 MSn)를 각각 반영한 다수의 기준신호(제1 내지 제n기준신호)(RS1 내지 RSn)를 산출하여 선택신호(SS)와 함께 선택스위치(270)로 전달한다.
선택스위치(270)는, 마이크로 프로세서(260)로부터 다수의 기준신호(RS1 내지 RSn)와 선택신호(SS)를 전달 받고, 다수의 전류궤환 제어회로(250)에 연결되고, 선택신호(SS)에 따라 다수의 기준신호(RS1 내지 RSn)를 다수의 전류궤환 제어회로(250)로 각각 전달한다.
이러한 제2실시예에 따른 전류제어방식 배터리 방전장치(210)에서는, 마이크로 프로세서(260)가 다수의 방전전류에 대응되는 다수의 측정신호(MS1 내지 MSn)를 이용하여 다수의 기준신호(RS1 내지 RSn)를 산출하고, 다수의 전류궤환 제어회로(250)가 마이크로 프로세서(260)의 다수의 기준신호(RS1 내지 RSn)를 이용하여 다수의 제어신호(CS1 내지 CSn)를 산출하고, 다수의 전력스위치(230)가 다수의 전류궤환 제어회로(250)의 다수의 제어신호(CS1 내지 CSn)에 따라 독립적으로 스위칭 제어되어 다수의 방전전류가 독립적으로 흐르고, 그 결과 배터리(220)의 잔존 전력이 열로 변환되어 방출된다.
그리고, 다수의 전력스위치(230)가 특성 차이를 갖는 경우에도, 다수의 전력스위치(230)를 각각 다수의 전류궤환 제어회로(250)의 다수의 제어신호(CS1 내지 CSn)로 독립적으로 제어하므로, 다수의 전력스위치(230)에 흐르는 다수의 방전전류를 실질적으로 동일하게 유지할 수 있으며, 다수의 전력스위치(230)의 발열량의 불균형을 방지하여 균일한 발열량을 유지할 수 있다.
또한, 발열량의 불균형에 의한 다수의 전력스위치(230)의 파손을 최소화 할 수 있고, 다수의 전력스위치(230) 중 일부가 파손된 경우에는 다수의 측정신호(MS1 내지 MSn)를 이용하여 파손된 전력스위치(230)를 확인할 수 있으며, 선택스위치(270)를 통하여 파손되지 않은 전력스위치(230)를 선택적으로 동작함으로써 전류제어방식 배터리 방전장치(210)의 방전제어 기능을 유지할 수 있고, 그 결과 안정성이 향상되고 수명이 연장된다.
210: 전류제어방식 배터리 방전장치
220: 배터리 230: 다수의 전력스위치
240: 다수의 전류측정저항 250: 다수의 전류궤환 제어회로
260: 마이크로 프로세서 270: 선택스위치

Claims (8)

  1. 배터리의 일단자에 연결되는 다수의 전력스위치와;
    상기 다수의 전력스위치에 적어도 하나의 제어신호를 인가하는 적어도 하나의 전류궤환 제어회로와;
    상기 다수의 전력스위치와 상기 배터리의 타단자에 연결되는 적어도 하나의 전류측정저항과;
    상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로에 적어도 하나의 기준신호를 공급하는 마이크로 프로세서
    를 포함하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로는 상기 다수의 전력스위치의 방전전류에 대응되는 적어도 하나의 측정신호를 상기 마이크로 프로세서로 전달하고,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 적어도 하나의 측정신호에 대응되는 상기 적어도 하나의 기준신호를 상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로로 전달하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로는 상기 적어도 하나의 기준신호에 대응되는 상기 적어도 하나의 제어신호를 이용하여 상기 다수의 전력스위치의 상기 방전전류를 제어하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 전력스위치는 제1 내지 제n전력스위치를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전류궤환 제어회로는 상기 제1 내지 제n전력스위치에 각각 연결되는 제1 내지 제n전류궤환 제어회로를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전류측정저항은 상기 제1 내지 제n전력스위치에 각각 연결되는 제1 내지 제n전류측정저항을 포함하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어신호는 상기 제1 내지 제n전력스위치에 각각 인가되는 제1 내지 제n제어신호를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 기준신호는 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로에 각각 전달되는 제1 내지 제n기준신호를 포함하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서와 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로 사이에 연결되는 선택스위치를 더 포함하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로는 상기 제1 내지 제n전력스위치의 방전전류에 대응되는 제1 내지 제n측정신호를 상기 마이크로 프로세서로 전달하고,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 제1 내지 제n측정신호에 대응되는 상기 제1 내지 제n기준신호와 선택신호를 상기 선택스위치로 전달하고,
    상기 선택스위치는 상기 선택신호에 따라 상기 제1 내지 제n기준신호를 상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로로 각각 전달하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n전류궤환 제어회로는 상기 제1 내지 제n기준신호에 대응되는 상기 제1 내지 제n제어신호를 이용하여 상기 제1 내지 제n전력스위치의 상기 방전전류를 각각 제어하는 전류제어방식 배터리 방전장치.
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