KR20210137624A

KR20210137624A - 배터리 충방전 제어 장치 및 배터리 관리 장치

Info

Publication number: KR20210137624A
Application number: KR1020200055641A
Authority: KR
Inventors: 안성욱; 김용욱
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-18
Also published as: US20210351605A1

Abstract

본 발명은 MCU의 출력 신호에 따라 온/오프 제어되는 콘텍터 드라이버(contactor driver); 상기 콘텍터 드라이버의 온/오프 상태에 따라 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버의 일단에 전기적으로 접속되고 타단에는 전력원이 전기적으로 접속되는 콘텍터 코일; 및 상기 콘텍터 코일에 흐르는 전류에 의해 스위칭 온 상태가 되어 배터리 충전 또는 방전이 수행되도록 하는 콘텍터를 포함하는 배터리 충방전 제어 장치를 포함한다.

Description

배터리 충방전 제어 장치 및 배터리 관리 장치{Battery Charge Discharge Control Device and Battery Management Device}

본 발명은 배터리 관리 장치에 이상이 발생했을 경우에도 안정적으로 배터리 충방전을 안전하게 제어하는 배터리 충방전 제어 장치 또는 배터리 관리 장치에 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.

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.

복수의 배터리 모듈은 직/병렬 연결되어 배터리 랙을 구성하고, 또한 복수의 배터리 랙이 병렬 연결되어 배터리 뱅크를 구성한다. 이러한 배터리 뱅크는 ESS(Energy storage system)으로 사용될 수 있다. 각각의 배터리 모듈은 대응하는 모듈 BMS(Battery Management System)에 의하여 모니터링되고 제어된다. 각 배터리 랙 내의 최상위 제어기인 랙 BMS는 각 모듈 BMS를 모니터링하고 제어하며, 모듈 BMS로부터 획득한 정보를 바탕으로 전체 배터리 랙 상태를 모니터링하고 제어한다.

BMS의 MCU(Micro Control Unit)는 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 배터리 충방전 상태를 판단하고, 배터리 충전 또는 방전을 위하여 스위치 온 신호를 출력하고, 배터리가 과충전 상태 또는 과방전 상태이거나 충전 또는 방전이 필요하지 않는 상태이면 배터리 충전 또는 방전 중단을 위하여 스위치 오프 신호를 출력한다.

배터리의 충방전을 위해 연결되어 있는 스위치가 콘텍터(contactor)인 경우, MCU가 온 신호를 출력하는 경우 콘텍터가 온 상태가 되어 배터리를 충전시킨다. 다만, MCU 자체 고장인 경우에도 온 신호를 출력하는 경우가 발생하는데, 이때 콘텍터도 온 상태가 되어 배터리를 충전시키게 되어 배터리가 과충전되는 문제가 발생한다.

즉, MCU 오동작으로 인해 콘텍터가 항상 온 상태가 되어 배터리가 과충전 또는 과방전되는 상황이 발생하고 안전 상태로 천이하지 못하는 위험성을 가진다는 문제가 있었다.

본 발명은 상술된 문제를 해결하기 위하여, 별도의 와치독(Watch dog)없이 MCU가 고장이 난 경우에도 스위치 온/오프를 제어하여 배터리 과충전 또는 과방전을 방지하는 배터리 관리 장치를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치로서, MCU의 출력 신호에 따라 온/오프 제어되는 콘텍터 드라이버(contactor driver); 상기 콘텍터 드라이버의 온/오프 상태에 따라 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버의 일단에 전기적으로 접속되고 타단에는 전력원이 전기적으로 접속되는 콘텍터 코일; 및 상기 콘텍터 코일에 흐르는 전류에 의해 스위칭 온 상태가 되어 배터리 충전 또는 방전이 수행되도록 하는 콘텍터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치에서 상기 MCU와 상기 콘텍터 드라이버 사이에 위치하고, 상기 MCU의 출력신호가 신호 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 경우 상기 콘텍터 드라이버로 온 신호를 출력하고, 상기 MCU의 출력 신호가 온 신호이거나 오프 신호이면 상기 콘텍터 드라이버로 온 신호를 출력하는 단안정 바이브레이터를 더 포함하고, 상기 단안정 바이브레이터는 상기 MCU로부터 인에이블 신호를 수신하여 온 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치에서, 상기 콘텍터 드라이버는 FET 또는 게이트 드라이버(gate driver) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치에서, 상기 콘텍터 코일은 상기 콘텍터 드라이버가 온 상태이면 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버가 오프 상태이면 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치에서, 상기 콘텍터는 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르면 온 상태가 되고, 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르지 않으면 오프 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치로서, 측정된 배터리의 전류 및 전압을 수신하여 배터리 충방전 여부를 판단하여 스위칭부를 제어하는 MCU; 및 상기 MCU로부터 수신되는 신호에 따라 스위치를 온/오프 제어하여 상기 배터리의 충전을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 상기 스위칭 제어부는, MCU의 출력 신호에 따라 온/오프 제어되는 콘텍터 드라이버(contactor driver); 및 상기 콘텍터 드라이버의 온/오프 상태에 따라 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버의 일단에 전기적으로 접속되고 타단에는 전력원이 전기적으로 접속되는 콘텍터 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 상기 스위칭 제어부는,

상기 MCU와 상기 콘텍터 드라이버 사이에 위치하고, 상기 MCU의 출력신호가 신호 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 경우 상기 콘텍터 드라이버로 온 신호를 출력하고, 상기 MCU의 출력신호가 온 신호이거나 오프 신호이면 상기 콘텍터 드라이버로 오프 신호를 출력하는 단안정 바이브레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 상기 콘텍터 드라이버는 FET 또는 게이트 드라이버(gate driver) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 상기 콘텍터 코일은 상기 콘텍터 드라이버가 온 상태이면 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버가 오프 상태이면 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 상기 콘텍터는 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르면 온 상태가 되고, 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르지 않으면 오프 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 상기 스위치는 콘텍터인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, MCU의 컨텍터 제어 핀이 고장이 나서 온 신호를 출력하거나(Stuck at high or short to VDD), MCU 자체가 오동작할 경우에도 안정적으로 컨텍터를 오픈 또는 온시킬 수 있어, 배터리의 과방전 또는 과충전을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 단안정 바이브레이터의 특징을 이용해 MCU가 오동작하는 경우에도 특정 시간을 컨텍터 온 또는 오프 상태를 유지시켜 차량 등이 안정적으로 운행될 수 있다는 효과가 있다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 배치 구성이 간략하게 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성이 간략하게 도시되어 있다.
도 3a 내지 도 3c에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치의 구성 및 동작이 간략하게 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4c에는 종래의 배터리 관리 장치의 구성이 간략하게 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5c에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치의 구성 및 동작이 간략하게 도시되어 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 배치 구성이 간략하게 도시되어 있다.

배터리 모듈(10, 또는 배터리 팩)은 하나의 이상의 배터리 셀(또는 배터리 모듈)로 이루어질 수 있다.

배터리 관리 시스템은 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 +단자 측 또는 -단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 전류, 전압 또는 온도를 측정하는 센서(12), 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 모듈(10)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 BMS(20)를 포함한다.

여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 콘텍터(contactor)가 이용될 수 있다.

또한, BMS(20)는 배터리 모듈(10)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 스위칭 소자에 인접해서 마련된 센서(12)를 이용하여 배터리 모듈의 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, 스위칭부(14)의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다.

이와 같은 배터리 모듈(10)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 실시예들에 따른 BMS(20)는 상위 제어기(30)와 연결되어, 상위 제어기(30)로부터 인가된 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있다.

이하에는, BMS(20)가 배터리 충방전을 제어하기 위하여 스위칭부(14)의 온/오프를 제어하는 동작에 대해 더욱 구체적으로 서술한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성이 간략하게 도시되어 있다.

BMS(20)는 수신부(200), 전류 측정부(202), 전압 측정부(204), 온도 측정부(206), SOC 산출부(208), SOH 산출부(210), 제어부(212, MCU), 스위칭 제어부(214), 전송부(216)를 포함한다.

수신부(200)는 상위 제어기(30)로부터 배터리 상태 점검 명령 또는 배터리 제어 명령을 수신한다.

전류 측정부(202)는 배터리 모듈의 전류를 측정한다. 일반적으로 배터리 전류 측정은 변류기(current transformer) 방식, 홀 소자(hall element) 방식 및 퓨즈(fuse) 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서를 이용하여 수행될 수 있다.

전압 측정부(204)는 배터리 모듈의 양단 전압을 측정한다. 일반적으로 배터리 전압을 측정하는 방법은 예를 들어, 오피 앰프를 사용하는 방법과, 릴레이 및 콘덴서를 사용하는 방법이 있다.

온도 측정부(206)는 배터리 모듈의 온도를 측정한다. 일반적으로 배터리 온도 측정부는 예를 들어 서미스터(thermistor)일 수 있다. 서미스터는 망간, 니켈, 구리, 코발트, 크롬, 철 등의 산화물들을 조합시켜 혼합 소결한 반도체 소자로서, 온도에 따라 전기 저항값이 변하는 특성을 가지는 소자이다. 예를 들어, 서미스터는 온도와 저항값이 비례 특성을 가지는 PTC(positive temperature coefficient thermistor), 온도와 저항값이 반비례 특성을 가지는 NTC(negative temperature codfficient thermistor) 및 특정 온도에서 저항값이 급변하는 CIR(critical temperature resistor)일 수 있다.

SOC 산출부(208)는 전압 측정부(204)로부터 측정된 배터리 모듈의 전압값을 수신한다. SOC 산출부(208)는 전류 측정부(202)로부터 측정된 배터리 모듈이 전류값을 수신한다. SOC 산출부(208)는 온도 측정부(206)로부터 측정된 배터리 모듈의 온도값을 수신한다.

SOC 산출부(208)는 배터리 모듈의 전압, 전류 또는 온도 중 적어도 하나를 이용하여 해당 배터리 모듈의 SOC를 산출한다. 일반적으로 배터리 SOC는 배터리의 만충전 용량에 대한 잔량을 백분율로 표시한다. SOC 추정 방법은 전류 적산 방식, 확장 칼만 필터(EXTENDED KALMAN FILTER)를 이용하는 방법, 전기 회로 모델 방법 전기 화학 모델 방법, 데이터 기반 방법 등이 있다. SOC 산출부(208)는 복수의 배터리 모듈에 대해서 각각의 SOC를 산출한다. 즉, SOC 산출부(208)는 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결되어 있는 배터리 모듈의 측정된 전압, 전류 또는 온도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 배터리 모듈의 SOC를 산출한다.

SOH 산출부(210)는 전압 측정부(204)로부터 측정된 배터리 모듈의 전압값을 수신한다. SOH 산출부(210)는 전류 측정부(204)로부터 측정된 배터리 모듈의 전류값을 수신한다. SOH 산출부(210)는 온도 측정부(206)로부터 측정된 온도값을 수신한다. SOH 산출부(210)는 SOC 산출부(208)로부터 산출된 배터리 모듈의 SOC 값을 수신한다. 또한, SOH 산출부(210)도 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 전압값, 전류값, 온도값 및 SOC 값을 이용하여 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 SOH을 산출한다.

SOH는 에이징으로 인한 배터리 용량의 퇴화 정도를 나타낸다. SOH는 배터리 의 교체 시점과 배터리 사용 기간에 따른 충방전 용량을 조절하기 위해서 사용될 수 있다. SOH 추정 방법으로는 배터리 충방전 전류를 적산하는 방법, 추정된 SOC를 이용하여 추정하는 방법이 있는데 본 발명에서는 SOC를 이용하여 SOH를 추정하는 방법을 이용한다. 구체적인 방법은 공지된 기술로서 자세한 설명은 생략하도록 한다.

제어부(212, MCU)는 SOC 산출부(208) 및 SOH 산출부(210)로부터 배터리 모듈(10)의 SOC 및 SOH를 수신한다. 제어부(212)는 수신한 배터리 모듈(10)의 SOC 및 SOH를 기초로 배터리의 충방전 판단 또는 배터리 이상 판단을 수행한다.

제어부(212)는 배터리의 충전 또는 방전이 필요한 경우, 스위치 제어부(214)로 하여금 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전을 위한 스위치부(14)를 제어하도록 한다. 제어부(212)가 일반적으로 스위치 제어부(214)로 하여금 스위치부(14)가 온 상태가 되도록 제어하기 위하여 스위치 온 신호를 스위치 제어부(214)로 출력한다. 제어부(212)는 예를 들어, PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 스위치 제어부(214)로 출력한다. 제어부(212)는 배터리 모듈(10)을 충전 또는 방전시키는 동안 배터리 모듈(10)의 과충전 또는 과방전을 방지하기 위하여 일정 시간 충전 또는 방전을 수행한 후에는 충전 또는 방전을 중단하기 위하여 스위치 제어부(214)로 로우 신호(LOW) 또는 하이 신호(HIGH)를 출력한다.

스위치 제어부(214)는 제어부(212)로부터 PWM 신호를 수신하면, 스위칭부(14)를 온시키는 신호를 생성한다. 스위치 제어부(214)는 제어부(212)로부터 로우 신호 또는 하이 신호를 수신하면 스위칭부(14)를 오프시키는 신호를 생성한다. 구체적으로, 스위치 제어부(214)는 단안정 바이브레이터(302), 콘텍터 드라이버(304), 콘텍터 코일(306)을 포함한다. 스위칭 제어부(214)는 디지털 아이솔레이터(503)를 더 포함할 수도 있다. 단안정 바이브레이터(302)의 일단은 제어부(212)와 연결되고 타단은 콘텍터 드라이버(304)와 연결된다. 자세하게는 단안정 바이브레이터(302)의 일단은 제어부(212)의 MCU(300)와 연결될 수 있다. 또한, 콘텍터 드라이버(304)의 일단은 단안정 바이브레이터(302)와 연결되고, 타단은 콘텍터 코일(306)과 연결된다. 콘텍터 코일(306)의 일단은 콘텍터 드라이버(304)와 연결되고, 타단은 전력원과 연결된다.

단안정 바이브레이터(302)는 제어부(212)의 MCU(300)로부터 인에이블 신호 및 PWM 신호를 수신하면 하이 신호(HIGH)를 콘텍터 드라이버(304)로 출력한다. 단안정 바이브레이터(302)는 특정한 펄스를 일정 시간 내에 계속 공급을 하면 출력을 하이 또는 로우 상태로 유지해주는 소자이다. 단안정 바이브레이터(302)는 제어부(212)의 MCU(300)로부터 인에이블 신호 및 로우/하이 신호를 수신하면 로우 신호(LOW)를 콘텍터 드라이버(304)로 출력한다.

단안정 바이브레이터(302)로부터 하이 신호를 수신한 콘텍터 드라이버(304)는 온 상태로 천이한다. 콘텍터 드라이버(304)는 예를 들어, FET 또는 게이트 드라이버이다. 콘텍터 드라이버(304)가 온 상태가 되면 전력원과 콘텍터 드라이버(304) 사이의 콘텍터 코일(306)에 전류가 흐른다. 콘텍터 코일에 전류가 흐르면서 발생하는 유도 전류에 의하여 콘텍터(308)가 온 상태가 된다. 콘텍터(308)가 온 상태가 되면 배터리는 충전 또는 방전된다.

반면, 단안정 바이브레이터(302)로부터 로우 신호를 수신한 콘텍터 드라이버(304)는 오프 상태로 천이한다. 콘텍터 드라이버(304)가 오프 상태로 천이하면, 콘텍터 드라이버(304)에 연결된 콘텍터 코일(306)에 전류가 흐르지 않아 콘텍터(308)도 오프 상태가 된다. 이에 따라, 배터리의 충전 또는 방전이 중단된다.

전송부(216)는 상위 제어기(30)로 배터리 셀/모듈 전압, 전류, 온도, SOC 및 SOH 값을 전송한다. 전송부(216)는 상위 제어기(30)와 유선 또는 무선으로 통신한다. 전송부(216)는 상위 제어기(30)와 무선으로 통신할 때에는 TCP/IP를 통하여 통신할 수 있다. 또한, BMS(20)가 배터리 정보 및 배터리 상태 정보(배터리 셀/모듈 전압, 전류, 온도, SOC 또는 SOH 값 등)를 이용하여 배터리 셀/모듈의 이상, 또는 BMS(20)의 이상 등 하드웨어 이상으로 판단하는 경우, 전송부(216)는 상위 제어기(30)로 배터리 셀/모듈의 이상 데이터, BMS(20)의 이상 데이터를 전송한다.

도 3a 내지 도 3c에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치의 구성 및 동작이 간략하게 도시되어 있다.

이와 관련해서, 종래의 배터리 충방전 제어 장치인 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다. 종래에는 도 4a와 같이 MCU(400)가 배터리 충전 또는 방전을 위해 콘텍터를 온 상태로 제어하기 위하여 하이 신호를 출력하였다. MCU(400)가 출력한 하이 신호를 수신하는 콘텍터 드라이버는 온 상태가 되고, 이에 따라 콘텍터 드라이버와 전력원 사이에 배치되어 있는 콘텍터 코일에 전류가 흐르게 된다. 콘텍터 코일에 전류가 흐르면 콘텍터가 온 상태가 된다. 콘텍터가 온 상태가 되면 배터리는 충전되거나 방전된다.

한편, 종래에는 도 4b와 같이 MCU(400)가 배터리 충전 또는 방전을 중단하기 위해 콘텍터를 오프 상태로 제어하기 위하여 로우 신호를 출력하였다. MCU(400)가 출력한 로우 신호를 수신하는 콘텍터 드라이버는 오프 상태가 되고, 이에 따라 콘텍터 드라이버와 전력원 사이에 배치되어 있는 콘텍터 코일에 전류가 발생하지 않아 콘텍터는 오프 상태가 된다. 콘텍터가 오프 상태가 되면 배터리는 충전 또는 방전되지 않는다.

그러나, 종래와 같이 MCU의 로우 또는 하이 신호가 바로 콘텍터 드라이버로 출력되면 MCU(400)의 오동작으로 인해 도 4c와 같이 하이 신호를 출력하게 되면(Stuck at HIGH), 콘텍터가 온 상태가 되면서 배터리 과충전 또는 과방전이 발생한다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 단안정 바이브레이터(302)를 더 포함한다. 구체적으로, MCU(300)가 배터리의 충전 또는 방전이 필요하다고 판단하는 경우, 도 3a와 같이 PWM 신호를 단안정 바이브레이터(302)로 출력한다. 단안정 바이브레이터(302)는 특정 펄스(Pulse)를 특정 시간 내에 계속 공급하면 출력을 하이 또는 로우로 유지해주는 것이다.

MCU(300)로부터 PWM신호를 수신한 단안정 바이브레이터(302)는 온 신호를 콘텍터 드라이버로 출력한다. 온 신호를 수신한 콘텍터 드라이버(304)는 온 상태가 되어 콘텍터 코일(306)에 전류가 흐르게 된다. 콘텍터 코일(306)에 유도전류가 흐르면, 이에 따라 콘텍터(308)가 온 상태가 된다.

콘텍터(308)가 온 상태가 되면, 배터리가 충전 또는 방전된다.

도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 MCU(300)가 배터리 SOC 등을 기초로 배터리 충전 또는 방전 상태를 판단하여 과충전/과방전을 방지하기 위하여 배터리 충전 또는 배터리 방전을 중단하는 신호를 출력한다. MCU(300)는 배터리 충전 또는 배터리 방전을 중단하는 신호로서 하이 또는 로우 신호를 출력한다. MCU(300)로부터 하이 또는 로우 신호를 수신한 단안정 바이브레이터(302)는 콘텍터 드라이버(304)로 로우 신호를 전송한다(콘텍터 드라이버(304)로 전력이 입력되지 않는 상태). 콘텍터 드라이버(304)가 오프되면 콘텍터 코일(306)에 전류가 흐르지 않아 콘텍터(308)가 오프된다. 콘텍터(308)가 오프됨으로써, 배터리의 충전 또는 방전이 중단되어 배터리가 과충전 또는 과방전되는 것이 방지된다.

도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, MCU(300) 고장으로 배터리 충방전을 중단해야하는 데도 불과하고 계속 하이 신호를 출력하는 경우에도, 단안정 바이브레이터(302)는 PWM 신호가 수신되는 것이 아니므로 콘텍터 드라이버 로우 신호를 전송한다. 즉, 단안정 바이브레이터(302)는 MCU(300)가 고장이여도 하이 신호를 출력해도 전류를 흐르지 않도록 하여 콘텍터 드라이버(304)가 오프 상태가 된다. 이에 따라 MCU(300)가 고장인 경우에도 안정적을 콘텍터(308)를 오프시켜 배터리 충전 또는 방전을 중단시켜 과방전 또는 과충전을 방지한다.

단안정 바이브레이터의 외부 R, C값을 변경하여 MCU가 고장나더라도 특정 시간 이상 콘텍터를 유지할 수 있는 고정 기능(retaining)이 추가될 수도 있다.

도 5a 내지 도 5c에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성 및 동작이 간략하게 도시되어 있다.

도 5a 내지 5c에 도시된 실시예는 도 3a내지 3c에 도시된 본 발명의 일 실시예와 대부분의 구성은 동일하나, 단안정 바이브레이터(502)와 콘텍터 드라이버(504) 사이에 디지털 아이솔레이터(503)를 더 포함한다.

디지털 아이솔레이터(503)는 단안정 바이브레이터(502)의 출력과 콘텍터 드라이버(504)로 입력되는 신호 사이의 완충장치 역할을 하여 전기적으로 분리시켜, 작은량이 써지, 노이즈, 접지문제, 전원문제로 인한 여러가지 충돌사항을 방지한다.

본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시 예'와 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시 예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일 실시 예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형 예시들은 반드시 모두 동일한 실시 예를 지칭하는 것은 아니다.

본 명세서를 통해 개시된 모든 실시 예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

20 : BMS 200 : 수신부
202 : 전류 측정부 204 : 전압 측정부
206 : 온도 측정부 208 : SOC 산출부
210 : SOH 산출부 212 : MCU
214 : 스위치 제어부 216 : 전송부

Claims

MCU의 출력 신호에 따라 온/오프 제어되는 콘텍터 드라이버(contactor driver);
상기 콘텍터 드라이버의 온/오프 상태에 따라 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버의 일단에 전기적으로 접속되고 타단에는 전력원이 전기적으로 접속되는 콘텍터 코일;
상기 콘텍터 코일에 흐르는 전류에 의해 스위칭 온 상태가 되어 배터리 충전 또는 방전이 수행되도록 하는 콘텍터; 및
상기 MCU와 상기 콘텍터 드라이버 사이에 위치하고, 상기 MCU의 출력신호가 신호 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 경우 상기 콘텍터 드라이버로 온 신호를 출력하고, 상기 MCU의 출력 신호가 온 신호이거나 오프 신호이면 상기 콘텍터 드라이버로 온 신호를 출력하는 단안정 바이브레이터를 포함하는 배터리 충방전 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 단안정 바이브레이터는 상기 MCU로부터 인에이블 신호를 수신하여 온 상태가 되는 배터리 충방전 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 콘텍터 드라이버는 FET 또는 게이트 드라이버(gate driver) 중 어느 하나인 배터리 충방전 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 콘텍터 코일은 상기 콘텍터 드라이버가 온 상태이면 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버가 오프 상태이면 전류가 흐르지 않는 배터리 충방전 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 콘텍터는 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르면 온 상태가 되고, 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르지 않으면 오프 상태가 되는 배터리 충방전 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 단안정 바이브레이터와 상기 콘텍터 드라이버 사이에 디지털 아이솔레이터를 더 포함하는 배터리 충방전 제어 장치.
측정된 배터리의 전류 및 전압을 수신하여 배터리 충방전 여부를 판단하여 스위칭부를 제어하는 MCU; 및
상기 MCU로부터 수신되는 신호에 따라 스위치를 온/오프 제어하여 상기 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고,
상기 스위칭 제어부는,
상기 MCU의 출력 신호에 따라 온/오프 제어되는 콘텍터 드라이버(contactor driver);
상기 콘텍터 드라이버의 온/오프 상태에 따라 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버의 일단에 전기적으로 접속되고 타단에는 전력원이 전기적으로 접속되는 콘텍터 코일;
상기 MCU와 상기 콘텍터 드라이버 사이에 위치하고, 상기 MCU의 출력신호가 신호 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 경우 상기 콘텍터 드라이버로 온 신호를 출력하고, 상기 MCU의 출력신호가 온 신호이거나 오프 신호이면 상기 콘텍터 드라이버로 오프 신호를 출력하는 단안정 바이브레이터;를 포함하는 배터리 관리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 콘텍터 드라이버는 FET 또는 게이트 드라이버(gate driver) 중 어느 하나인 배터리 관리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 콘텍터 코일은 상기 콘텍터 드라이버가 온 상태이면 전류가 흐르고, 상기 콘텍터 드라이버가 오프 상태이면 전류가 흐르지 않는 배터리 관리 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 콘텍터는 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르면 온 상태가 되고, 상기 콘텍터 코일에 전류가 흐르지 않으면 오프 상태가 되는 배터리 관리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 스위치는 콘텍터인 배터리 관리 장치.