KR20220090206A - 다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리의 셀 전압을 측정하고, 배터리가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 배터리가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 배터리가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하고, 동작 모드에 따라 스위치부를 제어하는, 배터리 이상 방지 장치를 제공한다.

Description

다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PREVENTING BATTERY ABNORMALITIES USING DIODES}
본 발명은 다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리에 발생할 수 있는 이상을 방지하는 다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
친환경 차량인 전기 차량 또는 연료전지 차량은 차량의 시동에 필요한 전원을 제공하고 저전압으로 동작하는 전장 부하들에 전원을 제공하기 위해 저전압 배터리('보조 배터리'라고도 함)가 마련된다. 또한, 화석연료를 사용하여 엔진을 구동하는 일반적인 내연기관 차량에서도 차량의 시동이나 전장 부하들의 전원을 제공하기 위해 충전이 가능한 배터리가 마련된다. 이러한 배터리는 주로 저가로 제작 가능한 납산 배터리가 지금까지 사용되었으나, 추후에는 수명이 길고 전기적 특성이 우수한 리튬 배터리로 대체될 전망이다.
한편, 이와 같은 배터리는 그 특성상 완전한 방전이 차단되어야 하므로 배터리의 충전 상태가 과방전 상태에서 나타나는 전압에 인접하면 릴레이 등을 이용하여 차량 시스템과의 전기적 연결을 차단하도록 설치된다. 이러한 배터리와 릴레이 등이 마련되는 배터리 시스템은 여러 상황에 따른 적절한 제어가 요구되므로 차량의 배터리 관리 시스템(Battery Management System)과 같은 별도의 컨트롤러를 이용하여 관리되기도 한다.
그러나, 배터리와 차량 시스템의 전기적 연결이 차단되는 경우, 차량에 마련된 전장 부하들은 차량에 설치된 알터네이터로부터 출력되는 전원을 전달받게 되나, 이러한 경우에, 전장 부하들은 알터네이터의 불안정한 전원으로 인해 손상이 발생할 수 있다.
이에 따라, 배터리와 차량 시스템의 전기적 연결을 차단하지 않으면서도 과충전 또는 과방전 등에 의한 배터리의 이상을 방지할 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리가 충전 동작 또는 방전 동작을 수행하는 과정에서 발생할 수 있는 이상을 방지하는 다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 알터네이터에 연결되는 배터리; 상기 배터리의 셀 전압을 측정하는 측정부; 상기 배터리의 일측에 연결되어 상기 배터리의 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되도록 마련되는 스위치부; 및 상기 배터리가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 상기 배터리가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 상기 배터리가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 상기 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하고, 상기 동작 모드에 따라 상기 스위치부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위치부는, 상기 배터리의 음극이 접지되도록 마련되는 제 1 스위치; 상기 배터리의 음극에 양극이 연결되도록 설치되는 제 1 다이오드를 구비하고, 상기 제 1 다이오드의 음극이 접지되도록 마련되는 제 2 스위치; 및 상기 배터리의 음극에 음극이 연결되도록 설치되는 제 2 다이오드를 구비하고, 상기 제 2 다이오드의 양극이 접지되도록 마련되는 제 3 스위치;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 알터네이터가 시동 동작을 수행하는 경우, 상기 배터리가 전기적으로 차단 상태가 되도록 상기 스위치부를 초기 동작 모드로 제어하고, 상기 초기 동작 모드에서 상기 배터리의 셀 전압이 측정되는 경우, 상기 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 재설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 셀 전압이 상기 최소 전압 보다 높고, 상기 임계 전압 보다 낮은 경우, 상기 배터리가 상기 알터네이터로부터 발전되는 전력에 의해 충전되도록 상기 스위치부를 제 1 동작 모드로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 셀 전압이 상기 임계 전압 보다 높고, 상기 최대 전압 보다 낮은 경우, 상기 알터네이터로부터 상기 배터리를 충전하도록 전달되는 전류가 제한되도록 상기 스위치부를 제 2 동작 모드로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 셀 전압이 상기 최대 전압과 같거나, 또는 상기 최대 전압 보다 높은 경우, 상기 배터리가 방전 동작만을 수행하도록 상기 스위치부를 제 3 동작 모드로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 셀 전압이 상기 최소 전압과 같거나, 또는 상기 최소 전압 보다 낮은 경우, 상기 배터리가 충전 동작만을 수행하도록 상기 스위치부를 제 4 동작 모드로 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치에서의 배터리 이상 방지 방법에 있어서, 알터네이터가 시동되어 전력을 생성하는 단계; 측정부가 알터네이터에 연결되는 배터리의 셀 전압을 측정하는 단계; 제어부가 상기 배터리가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 상기 배터리가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 상기 배터리가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 상기 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하는 단계; 및 제어부가 상기 동작 모드에 따라 상기 배터리의 일측에 연결되어 상기 배터리의 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되도록 마련되는 스위치부를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치 및 방법을 제공함으로써, 배터리가 충전 동작 또는 방전 동작을 수행하는 과정에서 발생할 수 있는 이상을 방지할 수 있다.
도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 방지 장치의 개략도이다.
도3은 도1 및 도2의 스위치부를 나타낸 개략도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 방지 장치가 스위치부를 제어하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 방지 방법의 순서도이다.
도6은 도5의 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하는 단계의 세부 순서도이다.
도7은 도5의 동작 모드에 따라 스위치부를 제어하는 단계의 세부 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 방지 장치의 개략도이다.
배터리 이상 방지 장치(100)는 알터네이터(Alternator)(10) 등에 의해 충전 동작을 수행하거나, 또는 외부 기기 등에서 요구되는 전력을 공급하도록 방전 동작을 수행하는 배터리(110)의 이상을 방지할 수 있다.
여기에서, 배터리(110)의 이상은 배터리(110)가 과충전 상태가 되거나, 또는 배터리(110)가 과방전 상태가 되는 등의 배터리(110)의 충전 동작 또는 방전 동작으로부터 발생할 수 있는 이상을 의미할 수 있다.
이와 관련하여, 도1은 일반적인 차량에 마련되는 배터리 이상 방지 장치(100)의 실시예인 것으로 이해할 수 있으며, 또한, 도2는 캠핑 등의 용도에 의해 제작된 캠핑 차량 등에 마련되는 배터리 이상 방지 장치(100)의 실시예인 것으로 이해할 수 있다.
이때, LD(20)는 차량 등에 마련되는 납축전지(Lead-Acid Battery)를 의미할 수 있고, ALT(10)는 알터네이터(10)를 의미할 수 있으며, POWER 및 PV는 한전 등에 의해 제공되는 배전계통(Power System) 및 태양 전지 패널(Photovoltaic) 등의 외부 전원을 의미할 수 있다.
배터리 이상 방지 장치(100)는 배터리(110), 스위치부(120), 측정부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
또한, 배터리 이상 방지 장치(100)는 도1 또는 도2에 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 구현될 수 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 또는, 배터리 이상 방지 장치(100)는 배터리 이상 방지 장치(100)에 마련되는 적어도 두 개의 구성요소가 하나의 구성요소로 통합되어 하나의 구성요소가 복합적인 기능을 수행할 수도 있다. 이하, 상술한 구성요소들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
배터리(110)는 알터네이터(10)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 배터리(110)는 알터네이터(10) 등으로부터 전력이 입력되어 충전 동작을 수행할 수 있으며, 또한, 배터리(110)는 방전 동작을 수행하여 배터리(110)에 연결된 다른 기기 등으로부터 요구되는 전력을 제공할 수도 있다.
스위치부(120)는 배터리(110)의 일측에 연결되어 배터리(110)의 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되도록 마련될 수 있다.
이때, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극이 접지되도록 마련되는 제 1 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극에 양극이 연결되도록 설치되는 제 1 다이오드를 구비할 수 있고, 스위치부(120)는 제 1 다이오드의 음극이 접지되도록 마련되는 제 2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극에 음극이 연결되도록 설치되는 제 2 다이오드를 구비할 수 있고, 스위치부(120)는 제 2 다이오드의 양극이 접지되도록 마련되는 제 3 스위치를 포함할 수 있다.
다시 말해서, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극과 하나의 접점으로 연결되는 제 1 스위치, 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드를 포함할 수 있다.
이때, 제 1 다이오드는 배터리(110)의 음극과 제 1 다이오드의 양극이 연결되도록 마련될 수 있으며, 제 2 다이오드는 배터리(110)의 음극과 제 2 다이오드의 음극이 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 스위치부(120)는 접지 전극과 하나의 접점으로 연결되는 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 더 포함할 수 있다.
이때, 제 2 스위치는 접지 전극에 연결되는 일측의 타측이 제 1 다이오드의 음극에 연결될 수 있고, 제 3 스위치는 접지 전극에 연결되는 일측의 타측이 제 2 다이오드의 양극에 연결될 수 있다.
측정부(130)는 배터리(110)의 셀 전압을 측정할 수 있다. 이를 위해, 측정부(130)는 배터리(110) 양단에 연결될 수 있으며, 이를 통해, 측정부(130)는 배터리(110) 양단의 전압 차이를 측정할 수 있다.
또한, 측정부(130)는 임의의 시간 간격 동안 배터리(110)에 입력되는 평균 전류를 측정할 수 있으며, 또한, 측정부(130)는 배터리(110)의 충전 상태(SoC: State of Charge)를 측정할 수 있다.
제어부(140)는 배터리(110)가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 배터리(110)가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 배터리(110)가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정할 수 있고, 제어부(140)는 설정된 동작 모드에 따라 스위치부(120)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 최대 전압은 셀 전압에 대해 3.6 V로 설정될 수 있고, 최소 전압은 셀 전압에 대해 3.0 V로 설정될 수 있으며, 임계 전압은 셀 전압에 대해 3.5 V로 설정될 수 있다.
제어부(140)는 알터네이터(10)가 시동 동작을 수행하는 경우에, 배터리(110)가 전기적으로 차단 상태가 되도록 스위치부(120)를 초기 동작 모드로 제어할 수 있고, 제어부(140)는 초기 동작 모드에서 배터리(110)의 셀 전압이 측정되는 경우, 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 재설정할 수 있다.
여기에서, 초기 동작 모드는 알터네이터(10)가 시동 동작을 수행하는 경우에, 배터리(110)에 입력되는 전력의 급격한 변화를 방지하도록 설정될 수 있으며, 이에 따라, 제어부(140)는 동작 모드가 초기 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치가 차단되도록 제어할 수 있다.
이때, 제어부(140)가 임의의 스위치를 차단하도록 제어하는 것은 해당 스위치가 전기적으로 차단되도록 제어하는 것으로 이해할 수 있으며, 이에 따라, 제어부(140)가 임의의 스위치를 통전하도록 제어하는 것은 해당 스위치가 전기적으로 통전되도록 제어하는 것으로 이해할 수 있다.
제어부(140)는 셀 전압이 최소 전압 보다 높고, 임계 전압 보다 낮은 경우에, 배터리(110)가 알터네이터(10)로부터 발전되는 전력에 의해 충전되도록 스위치부(120)를 제 1 동작 모드로 제어할 수 있다.
여기에서, 제 1 동작 모드는 알터네이터(10)로부터 발전되는 전력을 이용하여 배터리(110)가 충전되도록 설정될 수 있으며, 이에 따라, 제어부(140)는 동작 모드가 제 1 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치가 통전되도록 제어할 수 있다.
제어부(140)는 셀 전압이 임계 전압 보다 높고, 최대 전압 보다 낮은 경우에, 알터네이터(10)로부터 배터리(110)를 충전하도록 전달되는 전류가 제한되도록 스위치부(120)를 제 2 동작 모드로 제어할 수 있다.
여기에서, 제 2 동작 모드는 알터네이터(10)로부터 발전되는 전력을 제 1 다이오드를 이용하여 전류가 제한되도록 설정될 수 있으며, 이때, 제 1 다이오드는 배터리(110)의 음극으로부터 접지 전극으로 전류가 흐르도록 설정될 수 있다.
이에 따라, 제 2 동작 모드는 제 1 다이오드에서 전압 강하가 발생되도록 설정될 수 있으며, 이를 위해, 제어부(140)는 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 통전되도록 제어할 수 있고, 제어부(140)는 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 3 스위치가 차단되도록 제어할 수 있다.
제어부(140)는 셀 전압이 최대 전압과 같거나, 또는 최대 전압 보다 높은 경우에, 배터리(110)가 방전 동작만을 수행하도록 스위치부(120)를 제 3 동작 모드로 제어할 수 있다.
여기에서, 제 3 동작 모드는 배터리(110)가 방전 동작만을 수행하도록 설정될 수 있으며, 이를 위해, 제어부(140)는 동작 모드가 제 3 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 차단되도록 제어할 수 있고, 제어부(140)는 동작 모드가 제 3 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 3 스위치가 통전되도록 제어할 수 있다.
제어부(140)는 셀 전압이 최소 전압과 같거나, 또는 최소 전압 보다 낮은 경우에, 배터리(110)가 충전 동작만을 수행하도록 스위치부(120)를 제 4 동작 모드로 제어할 수 있다.
여기에서, 제 4 동작 모드는 배터리(110)가 충전 동작만을 수행하도록 설정될 수 있으며, 이를 위해, 제어부(140)는 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 1 스위치 및 제 3 스위치가 차단되도록 제어할 수 있고, 제어부(140)는 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 2 스위치가 통전되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 동작 모드가 제 1 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 충전 상태가 사전에 설정되는 제 1 충전 상태보다 크고, 배터리(110)의 충전 동작을 수행하는 평균 전류가 사전에 설정되는 임계 전류보다 큰 것으로 판단되는 경우에, 스위치부(120)를 제 2 동작 모드로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 충전 상태는 배터리(110)의 충전 상태가 85%인 경우를 나타내도록 설정될 수 있다.
또한, 제어부(140)는 동작 모드가 제 1 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 셀 전압이 최대 전압보다 큰 경우에, 스위치부(120)를 제 3 동작 모드로 제어할 수 있고, 제어부(140)는 동작 모드가 제 1 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 셀 전압이 최소 전압보다 작은 경우에, 스위치부(120)를 제 4 동작 모드로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 최대 전압은 동작 모드가 제 1 동작 모드로 설정된 상태에서, 셀 전압에 대해 3.6 V로 설정될 수 있고, 최소 전압은 동작 모드가 제 1 동작 모드로 설정된 상태에서, 셀 전압에 대해 2.7 V로 설정될 수 있다.
한편, 제어부(140)는 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 충전 상태가 사전에 설정되는 제 2 충전 상태보다 작거나, 배터리(110)의 방전 동작을 수행하는 평균 전류가 사전에 설정되는 임계 전류보다 작은 것으로 판단되는 경우에, 스위치부(120)를 제 1 동작 모드로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 충전 상태는 배터리(110)의 충전 상태가 80%인 경우를 나타내도록 설정될 수 있다.
또한, 제어부(140)는 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 셀 전압이 최대 전압보다 큰 경우에, 스위치부(120)를 제 3 동작 모드로 제어할 수 있고, 제어부(140)는 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 셀 전압이 최소 전압보다 작은 경우에, 스위치부(120)를 제 4 동작 모드로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 최대 전압은 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정된 상태에서, 셀 전압에 대해 3.6 V로 설정될 수 있고, 최소 전압은 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정된 상태에서, 셀 전압에 대해 2.7 V로 설정될 수 있다.
한편, 제어부(140)는 동작 모드가 제 3 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 방전 동작을 수행하는 평균 전류가 사전에 설정되는 임계 전류보다 작은 것으로 판단되는 경우에, 스위치부(120)를 제 1 동작 모드로 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 동작 모드가 제 3 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 셀 전압이 최소 전압보다 작은 경우에, 스위치부(120)를 초기 동작 모드로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 최소 전압은 동작 모드가 제 3 동작 모드로 설정된 상태에서, 셀 전압에 대해 2.7 V로 설정될 수 있다.
한편, 제어부(140)는 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 셀 전압이 사전에 설정되는 최소 전압보다 크고, 배터리(110)의 방전 동작을 수행하는 평균 전류가 사전에 설정되는 임계 전류보다 작은 것으로 판단되는 경우에, 스위치부(120)를 제 1 동작 모드로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 최소 전압은 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정된 상태에서, 셀 전압에 대해 3.0 V로 설정될 수 있다.
또한, 제어부(140)는 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정된 상태에서, 배터리(110)의 셀 전압이 사전에 설정되는 최대 전압보다 큰 경우에, 스위치부(120)를 초기 동작 모드로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 최대 전압은 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정된 상태에서, 셀 전압에 대해 3.6 V로 설정될 수 있다.
도3은 도1 및 도2의 스위치부를 나타낸 개략도이다.
스위치부(120)는 배터리(110)의 일측에 연결되어 배터리(110)의 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되도록 마련될 수 있다.
이때, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극이 접지되도록 마련되는 제 1 스위치(121)를 포함할 수 있다.
또한, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극에 양극이 연결되도록 설치되는 제 1 다이오드(126)를 구비할 수 있고, 스위치부(120)는 제 1 다이오드(126)의 음극이 접지되도록 마련되는 제 2 스위치(122)를 포함할 수 있다.
또한, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극에 음극이 연결되도록 설치되는 제 2 다이오드(128)를 구비할 수 있고, 스위치부(120)는 제 2 다이오드(128)의 양극이 접지되도록 마련되는 제 3 스위치(123)를 포함할 수 있다.
다시 말해서, 스위치부(120)는 배터리(110)의 음극과 하나의 접점으로 연결되는 제 1 스위치(121), 제 1 다이오드(126) 및 제 2 다이오드(128)를 포함할 수 있다.
이때, 제 1 다이오드(126)는 배터리(110)의 음극과 제 1 다이오드(126)의 양극이 연결되도록 마련될 수 있으며, 제 2 다이오드(128)는 배터리(110)의 음극과 제 2 다이오드(128)의 음극이 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 스위치부(120)는 접지 전극과 하나의 접점으로 연결되는 제 1 스위치(121), 제 2 스위치(122) 및 제 3 스위치(123)를 더 포함할 수 있다.
이때, 제 2 스위치(122)는 접지 전극에 연결되는 일측의 타측이 제 1 다이오드(126)의 음극에 연결될 수 있고, 제 3 스위치(123)는 접지 전극에 연결되는 일측의 타측이 제 2 다이오드(128)의 양극에 연결될 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 방지 장치가 스위치부를 제어하는 과정을 나타낸 블록도이다.
측정부(130)는 배터리(110)의 셀 전압을 측정할 수 있다. 이를 위해, 측정부(130)는 배터리(110) 양단에 연결될 수 있으며, 이를 통해, 측정부(130)는 배터리(110) 양단의 전압 차이를 측정할 수 있다.
또한, 측정부(130)는 임의의 시간 간격 동안 배터리(110)에 입력되는 평균 전류를 측정할 수 있으며, 또한, 측정부(130)는 배터리(110)의 충전 상태(SoC: State of Charge)를 측정할 수 있다.
이때, 배터리(110)는 알터네이터(10)에 연결될 수 있고, 이에 따라, 배터리(110)는 알터네이터(10) 등으로부터 전력이 입력되어 충전 동작을 수행할 수 있으며, 또한, 배터리(110)는 방전 동작을 수행하여 배터리(110)에 연결된 다른 기기 등으로부터 요구되는 전력을 제공할 수도 있다.
이에 따라, 제어부(140)는 배터리(110)가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 배터리(110)가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 배터리(110)가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정할 수 있고, 제어부(140)는 설정된 동작 모드에 따라 스위치부(120)를 제어할 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 방지 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 이상 방지 방법은 도 1에 도시된 배터리 이상 방지 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 배터리 이상 방지 장치(100)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
배터리 이상 방지 방법은 알터네이터가 시동되는 단계(600), 배터리의 셀 전압을 측정하는 단계(610), 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하는 단계(620) 및 동작 모드에 따라 스위치부를 제어하는 단계(630)를 포함할 수 있다.
알터네이터가 시동되는 단계(600)는 알터네이터(10)가 시동되어 전력을 생성하는 단계일 수 있다.
배터리의 셀 전압을 측정하는 단계(610)는 측정부(130)가 알터네이터(10)에 연결되는 배터리(110)의 셀 전압을 측정하는 단계일 수 있다.
셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하는 단계(620)는 제어부(140)가 배터리(110)가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 배터리(110)가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 배터리(110)가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하는 단계일 수 있다.
동작 모드에 따라 스위치부를 제어하는 단계(630)는 제어부(140)가 동작 모드에 따라 배터리(110)의 일측에 연결되어 배터리(110)의 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되도록 마련되는 스위치부(120)를 제어하는 단계일 수 있다.
도6은 도5의 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하는 단계의 세부 순서도이다.
제어부(140)는 셀 전압이 최소 전압과 같거나, 또는 최소 전압 보다 낮은 경우에(621), 배터리(110)가 충전 동작만을 수행하도록 스위치부(120)를 제 4 동작 모드로 제어할 수 있다(625).
제어부(140)는 셀 전압이 최소 전압 보다 높고, 임계 전압 보다 낮은 경우에(622), 배터리(110)가 알터네이터(10)로부터 발전되는 전력에 의해 충전되도록 스위치부(120)를 제 1 동작 모드로 제어할 수 있다(626).
제어부(140)는 셀 전압이 임계 전압 보다 높고, 최대 전압 보다 낮은 경우에(623), 알터네이터(10)로부터 배터리(110)를 충전하도록 전달되는 전류가 제한되도록 스위치부(120)를 제 2 동작 모드로 제어할 수 있다(627).
제어부(140)는 셀 전압이 최대 전압과 같거나, 또는 최대 전압 보다 높은 경우에(623), 배터리(110)가 방전 동작만을 수행하도록 스위치부(120)를 제 3 동작 모드로 제어할 수 있다(628).
도7은 도5의 동작 모드에 따라 스위치부를 제어하는 단계의 세부 순서도이다.
제어부(140)는 동작 모드가 제 1 동작 모드로 설정되는 경우에(631), 제 1 스위치(121), 제 2 스위치(122) 및 제 3 스위치(123)가 통전되도록 제어할 수 있다(635).
제어부(140)는 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정되는 경우에(632), 제 1 스위치(121) 및 제 2 스위치(122)가 통전되도록 제어할 수 있고(636), 제어부(140)는 동작 모드가 제 2 동작 모드로 설정되는 경우에(632), 제 3 스위치(123)가 차단되도록 제어할 수 있다(636).
제어부(140)는 동작 모드가 제 3 동작 모드로 설정되는 경우에(633), 제 1 스위치(121) 및 제 2 스위치(122)가 차단되도록 제어할 수 있고(637), 제어부(140)는 동작 모드가 제 3 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 3 스위치(123)가 통전되도록 제어할 수 있다(637).
제어부(140)는 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 1 스위치(121) 및 제 3 스위치(123)가 차단되도록 제어할 수 있고(638), 제어부(140)는 동작 모드가 제 4 동작 모드로 설정되는 경우에, 제 2 스위치(122)가 통전되도록 제어할 수 있다(638).
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 알터네이터 20: LD
30: 외부 전원 100: 배터리 이상 방지 장치
110: 배터리 120: 스위치부
121: 제 1 스위치 122: 제 2 스위치
123: 제 3 스위치 126: 제 1 다이오드
128: 제 2 다이오드

Claims (8)

  1. 알터네이터에 연결되는 배터리;
    상기 배터리의 셀 전압을 측정하는 측정부;
    상기 배터리의 일측에 연결되어 상기 배터리의 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되도록 마련되는 스위치부; 및
    상기 배터리가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 상기 배터리가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 상기 배터리가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 상기 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하고, 상기 동작 모드에 따라 상기 스위치부를 제어하는 제어부;를 포함하는, 배터리 이상 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는,
    상기 배터리의 음극이 접지되도록 마련되는 제 1 스위치;
    상기 배터리의 음극에 양극이 연결되도록 설치되는 제 1 다이오드를 구비하고, 상기 제 1 다이오드의 음극이 접지되도록 마련되는 제 2 스위치; 및
    상기 배터리의 음극에 음극이 연결되도록 설치되는 제 2 다이오드를 구비하고, 상기 제 2 다이오드의 양극이 접지되도록 마련되는 제 3 스위치;를 포함하는, 배터리 이상 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 알터네이터가 시동 동작을 수행하는 경우, 상기 배터리가 전기적으로 차단 상태가 되도록 상기 스위치부를 초기 동작 모드로 제어하고, 상기 초기 동작 모드에서 상기 배터리의 셀 전압이 측정되는 경우, 상기 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 재설정하는, 배터리 이상 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀 전압이 상기 최소 전압 보다 높고, 상기 임계 전압 보다 낮은 경우, 상기 배터리가 상기 알터네이터로부터 발전되는 전력에 의해 충전되도록 상기 스위치부를 제 1 동작 모드로 제어하는, 배터리 이상 방지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀 전압이 상기 임계 전압 보다 높고, 상기 최대 전압 보다 낮은 경우, 상기 알터네이터로부터 상기 배터리를 충전하도록 전달되는 전류가 제한되도록 상기 스위치부를 제 2 동작 모드로 제어하는, 배터리 이상 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀 전압이 상기 최대 전압과 같거나, 또는 상기 최대 전압 보다 높은 경우, 상기 배터리가 방전 동작만을 수행하도록 상기 스위치부를 제 3 동작 모드로 제어하는, 배터리 이상 방지 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 셀 전압이 상기 최소 전압과 같거나, 또는 상기 최소 전압 보다 낮은 경우, 상기 배터리가 충전 동작만을 수행하도록 상기 스위치부를 제 4 동작 모드로 제어하는, 배터리 이상 방지 장치.
  8. 다이오드를 이용한 배터리 이상 방지 장치에서의 배터리 이상 방지 방법에 있어서,
    알터네이터가 시동되어 전력을 생성하는 단계;
    측정부가 알터네이터에 연결되는 배터리의 셀 전압을 측정하는 단계;
    제어부가 상기 배터리가 과충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최대 전압, 상기 배터리가 과방전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 최소 전압 및 상기 배터리가 임의의 충전 상태인 경우의 셀 전압을 나타내도록 설정되는 임계 전압에 기초하여, 상기 셀 전압의 크기에 따라 동작 모드를 설정하는 단계; 및
    제어부가 상기 동작 모드에 따라 상기 배터리의 일측에 연결되어 상기 배터리의 충전 동작 또는 방전 동작이 수행되도록 마련되는 스위치부를 제어하는 단계;를 포함하는, 배터리 이상 방지 방법.

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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160080909A (ko) * 2014-12-29 2016-07-08 주식회사 엘지씨엔에스 전환 가능 무정전 전원 공급 시스템 및 이의 배터리 충전 방법
JP2017197117A (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 株式会社デンソー 電源制御装置

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