KR20230095555A - 배터리 동작 관리 장치 - Google Patents

배터리 동작 관리 장치 Download PDF

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KR20230095555A
KR20230095555A KR1020210185149A KR20210185149A KR20230095555A KR 20230095555 A KR20230095555 A KR 20230095555A KR 1020210185149 A KR1020210185149 A KR 1020210185149A KR 20210185149 A KR20210185149 A KR 20210185149A KR 20230095555 A KR20230095555 A KR 20230095555A
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resistor
transistor
charge
battery
discharge line
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KR1020210185149A
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문철우
정원전
김준석
안효성
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치는, 제1 단자를 통해 배터리 팩의 제1 충방전 라인과 전기적으로 연결되고, 제2 단자를 통해 상기 배터리 팩의 제2 충방전 라인과 전기적으로 연결되는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터, 상기 제1 충방전 라인 및 상기 제2 충방전 라인과 전기적으로 연결되는 복수의 베이스 저항을 포함할 수 있다.

Description

배터리 동작 관리 장치{APPARATUS FOR MANAGING OPERATION OF BATTERY}
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 동작 관리 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리 팩은 다양한 분야에서 이용되는데, 전기 구동 차량 또는 스마트 그리드 시스템과 같이 큰 용량을 필요로 하는 경우가 많다. 배터리 팩의 용량을 증가하기 위해서는 이차 전지, 즉 배터리 셀 자체의 용량을 증가시키는 방법이 있을 수 있겠지만, 이 경우 용량 증대 효과가 크지 않고, 이차 전지의 크기 확장에 물리적 제한이 있다는 단점을 가진다. 따라서, 통상적으로는 다수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 팩이 널리 이용된다.
이러한 배터리 팩은 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 포함하는 경우가 많다. 더욱이, BMS는 배터리 모듈의 온도, 전압 및 전류 등을 모니터링하고, 모니터링 된 배터리 모듈의 상태를 기초로 배터리 팩의 밸런싱 동작, 냉각 동작, 충전 동작 또는 방전 동작 등을 제어한다.
특히 상당 수의 배터리 팩은, 해당 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈로부터 전원을 공급받아 작동할 수 있다. 그런데 이와 같은 구성의 경우, BMS의 소비 전류로 인해 그 값이 작더라도 배터리 팩의 과방전 내지 만방전 상태를 발생 시킬 수 있다. 이 경우, 배터리 팩으로부터 부하로 전원이 정상적으로 공급되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 필요한 경우에만 BMS를 웨이크업(wake up) 시키는 기술이 제안되고 있다.
따라서, 본 발명은 BMS를 필요한 경우에 웨이크업(wake up) 하기 위하여 창안된 것으로서, 외부에서 차저(charger)가 연결된 때 BMS를 턴온 시키는 배터리 동작 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명히 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치는, 제1 단자를 통해 배터리 팩의 제1 충방전 라인과 전기적으로 연결되고, 제2 단자를 통해 상기 배터리 팩의 제2 충방전 라인과 전기적으로 연결되는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터, 상기 제1 충방전 라인 및 상기 제2 충방전 라인과 전기적으로 연결되는 복수의 베이스 저항을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 복수의 베이스 저항은, 일단이 상기 트랜지스터와 연결되고, 타단이 상기 제1 충방전 라인과 연결되는 제1 저항; 및 일단이 상기 트랜지스터와 연결되고, 타단이 상기 제2 충방전 라인과 연결되는 제2 저항으로 분기될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 저항 값은, 상기 제1 충방전 라인 및 제2 충방전 라인에 차저(charger)가 연결된 때, 상기 트랜지스터를 턴 온(turn on) 시킬 수 있도록 결정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 차저는 가변 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 트랜지스터는 PNP형 BJT를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 배터리 동작 관리 장치는 상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제1 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 에미터 저항; 및 상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제2 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 콜렉터 저항을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 배터리 동작 관리 장치는 상기 콜렉터 저항 및 상기 트랜지스터 사이에 배치되는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러, 상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제1 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 전원 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 트랜지스터의 온오프 여부에 따라, 상기 전원 제어부의 온오프 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 콜렉터 저항은 제3 저항 및 제4 저항으로 분기되고, 상기 제3 저항 및 상기 제4 저항 사이에 배치되는 차저 인식부; 상기 트랜지스터 및 상기 제4 저항 사이에 배치되는 동작 제어부; 및 상기 동작 제어부, 상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제1 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 전원 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 차저 인식부는, 차저(charger)의 연결 여부를 인식하고, 상기 동작 제어부는, 상기 전원 제어부의 온오프 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제3 저항 및 제4 저항의 저항 값은, 상기 차저 인식부에 기 설정된 기준값 이하의 전압이 인가되도록 결정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 배터리 동작 관리 장치는 로우 사이드(low side) 또는 하이 사이드(high side)로 배치되는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 스위칭부는 일 이상의 충전용 스위치 및 일 이상의 방전용 스위치를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치는, 배터리 팩과 연결되어 에미터 전류를 상시 형성하는 트랜지스터; 배터리 관리 장치의 전원을 제어하는 전원 제어부; 상기 전원 제어부의 동작을 제어하는 컨트롤러; 및 차저가 연결된 때, 상기 트랜지스터를 턴 온(turn on) 시킬 수 있는 저항 값으로 결정되는 복수의 베이스 저항을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 트랜지스터는 PNP형 BJT를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 차저는 가변 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따라, 배터리 동작 관리 장치는 상기 컨트롤러에 상기 전원 제어부의 동작을 제어하기 충분한 전압을 인가시키는 저항 값으로 결정되는 콜렉터 저항을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 차저의 연결 여부를 인식하는 차저 인식부 및 상기 전원 제어부의 온오프 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함하고, 상기 콜렉터 저항은, 상기 차저 인식부에 기 설정된 기준값 이하의 전압이 인가되도록 제3 저항 및 제4 저항으로 분기될 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 배터리 동작 관리 장치는, 외부 차저가 연결되는 때, 배터리 팩 및 외부 차저(charger)의 전위차와 무관하게 배터리 관리 장치(BMS, Battery Management System)를 턴온(turn on)시킬 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 배터리 동작 관리 장치는, 스위칭부의 위치 내지 구성과 무관하게 설계가 적용될 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 배터리 동작 관리 장치의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 효과들은 본 문서의 개시에 따라 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치의 스위칭부를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치 및 배터리 동작 관리 장치에 연결되는 차저를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치 및 배터리 동작 관리 장치에 연결되는 차저를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치 및 배터리 동작 관리 장치에 연결되는 차저를 보여주는 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째", "둘째", "A", "B", "(a)" 또는 "(b)"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
본 문서에서, 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 언급되거나 "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치(100)는 배터리 팩(110), 트랜지스터(120), 복수의 베이스 저항(130) 및 스위칭부(140)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(110)은 일 이상의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 배터리 팩(110)에 복수의 배터리 모듈을 포함하는 경우, 각 배터리 모듈은 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 배터리 팩(110)은 포함하고 있는 배터리 모듈의 전기적 연결에 의해 출력 및/또는 용량이 증대될 수 있다.
배터리 팩(110)에 포함되는 일 이상의 배터리 모듈 각각은 일 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 팩(110)을 구성하는 각 배터리 모듈에 포함되는 일 이상의 배터리 셀은, 상호 전기적으로 연결되어, 각 배터리 모듈의 출력 및/또는 용량을 증대시킬 수 있다.
본 문서에 개시에 따른 배터리 동작 관리 장치는 차량에 탑재될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(110)은 차량용 배터리 팩에 해당할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 차량은 배터리 팩에 의해 운행을 위한 구동 전원이 공급되는 자동차에 해당할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 차량 내외부 전장품을 작동시키기 위해 작동 전원을 공급하는 자동차에 해당할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 차량은 무인 운반차(AGV, Automated Guided Vehicle) 등과 같은 별도의 보조 전원(Aux 전원)이 없는 물류용 차량에 해당할 수 있다.
트랜지스터(120)는 배터리 팩(110)과 연결될 수 있다. 트랜지스터(120)는 배터리 팩(110)의 제1 충방전 라인(101) 및 제2 충방전 라인(102)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 충방전 라인(101)은 배터리 팩(110)의 양극 팩 단자(Pack+)와 전기적으로 연결되고, 제2 충방전 라인(102)은 배터리 팩(110)의 음극 팩 단자(Pack-)와 전기적으로 연결될 수 있다. 트랜지스터(120)는, 제1 단자를 통해 배터리 팩(110)의 제1 충방전 라인(101)에 연결되고, 제2 단자를 제2 충방전 라인(102)에 전기적으로 연결될 수 있다.
트랜지스터(120)는 양극성 접합 트랜지스터(BJT, Bipolar Junction Transistor)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(120)는 배터리 팩(110)과 연결되어 있으므로, 트랜지스터(120)의 제1 단자에는 상시 전류가 흐를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 트랜지스터(120)는 PNP형 BJT를 포함할 수 있다. 트랜지스터(120)의 제1 단자는 에미터(Emitter) 단에 해당할 수 있고, 트랜지스터(120)의 제2 단자를 콜렉터(Collector) 단에 해당할 수 있다. 이 때, 트랜지스터(120)의 제1 단자에 흐르는 전류를 에미터 전류라고 할 수 있다.
복수의 베이스 저항(130)은 트랜지스터(120), 제1 충방전 라인(101) 및 제2 충방전 라인(102)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 베이스 저항(130)은 트랜지스터(120)의 베이스 단에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 베이스 저항(130)은 제1 저항(131) 및 제2 저항(132)을 포함할 수 있다.
복수의 베이스 저항(130)은 일단이 트랜지스터(120)와 연결되고, 타단이 제1 충방전 라인(101)과 연결되는 제1 저항(131) 및 일단이 트랜지스터(120)와 연결되고, 타단이 제2 충방전 라인(102)과 연결되는 제2 저항(132)로 분기될 수 있다. 이 때, 제2 저항(132)에는 적은 양의 전류가 흐르므로, 트랜지스터(120)는 턴 오프(turn off) 상태일 수 있다.
스위칭부(140)는 배터리 팩(110), 트랜지스터(120) 및 복수의 베이스 저항(130)과 연결되어 전류 경로를 개폐할 수 있다. 실시예에 따르면, 스위칭부(140)는 배터리 팩(110)의 제2 충방전 라인(102)에 위치할 수 있다. 이처럼, 스위칭부(140)가 물리적으로 제2 충방전 라인(102)에 위치하는 경우에, 스위칭부(140)가 로우 사이드(low side)로 배치되었다고 할 수 있다.
실시예에 따르면, 스위칭부(140)는 모스펫(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 릴레이 모듈 (Relay Module)로 구성될 수 있다. 스위칭부(140)에 대한 구체적인 설명은 이하 도 2 및 도 3에서 후술한다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치(100)는 외부의 차저(Charger)와 연결될 수 있다. 이 경우, 차저는 배터리 동작 관리 장치의 제1 충방전 라인(101) 및 제2 충방전 라인(102)에 연결될 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(100)가 차저에 연결되는 경우에 대한 보다 구체적인 설명은 이하 도 4 내지 도 6에서 후술한다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치(200)는 배터리 팩(210), 트랜지스터(220), 복수의 베이스 저항(230) 및 스위칭부(240)를 포함할 수 있다.
이하에서는 배터리 동작 관리 장치(200)에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하고, 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 2의 배터리 동작 관리 장치(200)는 도 1의 배터리 동작 관리 장치(100)와 실질적으로 동일할 수 있다.
배터리 동작 관리 장치(200)의 배터리 팩(210), 제1 충방전 라인(201), 제2 충방전 라인(202), 트랜지스터(220), 및 복수의 베이스 저항(230)은 각각 도 1의 배터리 동작 관리 장치(100)의 배터리 팩(110), 제1 충방전 라인(101), 제2 충방전 라인(102), 트랜지스터(120), 및 복수의 베이스 저항(130)과 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에 따르면, 복수의 베이스 저항(230)은 제1 저항(231) 및 제2 저항(232)로 분기될 수 있다. 이 때 제1 저항(231) 및 제2 저항(232)은 각각 도 1의 제1 저항(131) 및 제2 저항(132)과 실질적으로 동일할 수 있다.
스위칭부(240)는 도 1의 스위칭부(140)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 2를 참조하면, 스위칭부(240)는 배터리 팩(210)의 제1 충방전 라인(201)에 위치할 수 있다. 이처럼, 스위칭부(240)가 물리적으로 제1 충방전 라인(201)에 위치하는 경우에, 스위칭부(240)가 하이 사이드(high side)로 배치되었다고 할 수 있다.
스위칭부(240)는 배터리 동작 관리 장치(200)의 로우 사이드(low side) 또는 하이 사이드(high side)로 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 스위칭부(240)의 위치가 로우 사이드 또는 하이 사이드로 배치를 달리 하는 경우에도, 배터리 동작 관리 장치(200)의 다른 구성의 설계는 변경없이 적용될 수 있다.
스위칭부(240)의 위치(예: 로우 사이드 배치 또는 하이 사이드 배치) 또는 스위칭부(240)의 구성(예: 모스펫, 릴레이 모듈 등)는 본 문서의 개시에 따른 배터리 동작 관리 장치(200)의 실수요자의 요구 조건에 따라 설계를 달리할 수 있다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치의 스위칭부를 보여주는 도면이다.
이하에서는 스위칭부(300)에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다. 스위칭부(300)는 도 1의 스위칭부(140) 및/또는 도 2의 스위칭부(240)와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 스위칭부(300)는 복수개의 스위치를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면 복수개의 스위치는 각각 모스펫(MOSFET)으로 구성될 수 있다.
스위칭부(300)는 일 이상의 제1 모스펫(310) 및 일 이상의 제2 모스펫(320)을 포함할 수 있다. 제1 모스펫(310)은 충전용 스위치, 제2 모스펫(320)은 방전용 스위치에 해당할 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 모스펫(310) 및 제2 모스펫(320)은 직렬로 연결될 수 있다. 이 때, 제1 모스펫(310) 및 제2 모스펫(320)의 바디 다이오드는 상호 반대 방향으로 연결될 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치 및 배터리 동작 관리 장치에 연결되는 차저를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 동작 관리 장치(400)는 배터리 팩(410), 트랜지스터(420), 복수의 베이스 저항(430) 및 스위칭부(440)를 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(400)는 에미터 저항(450) 및 콜렉터 저항(460)을 더 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(400)는 배터리 팩(410)의 제1 충방전 라인(401) 및 제2 충방전 라인(402)을 통해 외부의 차저(10)와 연결될 수 있다.
이하에서는 배터리 동작 관리 장치(400)에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하고, 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
배터리 동작 관리 장치(400)는 도 1의 배터리 동작 관리 장치(100)와 실질적으로 동일할 수 있다.
배터리 동작 관리 장치(400)의 배터리 팩(410), 제1 충방전 라인(401), 제2 충방전 라인(402), 트랜지스터(420), 복수의 베이스 저항(430) 및 스위칭부(440)는 각각 도 1의 배터리 동작 관리 장치(100)의 배터리 팩(110), 제1 충방전 라인(101), 제2 충방전 라인(102), 트랜지스터(120), 복수의 베이스 저항(130) 및 스위칭부(140)와 실질적으로 동일할 수 있다.
배터리 동작 관리 장치(400)는 외부의 차저(10)와 연결될 수 있다. 차저(10)는 배터리 동작 관리 장치(400)에 전원을 공급할 수 있다. 차저(10)는 고정 전압을 출력할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 가변 전압을 출력하는 차저를 사용할 수 있다. 실시예에 따르면, 가변 전압을 출력하는 차저(10)는 최소 20V에서 최대 48V의 전압을 출력할 수 있다. 가변 전압을 출력하는 차저(10)는 평균적으로 38V의 전압을 출력할 수 있다.
배터리 동작 관리 장치(400)가 차저(10)와 연결되지 않는 경우, 배터리 동작 관리 장치(400)의 트랜지스터(420)는 턴 오프 상태일 수 있다. 트랜지스터(420)는 PNP형 BJT에 해당할 수 있고, 배터리 동작 관리 장치(400)가 차저(10)가 연결되지 않은 경우라도, 배터리 팩(410)에 연결된 트랜지스터(420)의 에미터 단에는 상시 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 에미터 단에 흐르는 전류를 에미터 전류라고 할 수 있다.
배터리 동작 관리 장치(400)가 차저(10)와 연결되는 경우, 복수의 베이스 저항(430)은 차저(10)와 폐회로를 형성할 수 있다.
복수의 베이스 저항(430)은 제1 저항(431) 및 제2 저항(432)으로 분기될 수 있다. 이 때 제1 저항(431) 및 제2 저항(432)은 각각 도 1의 제1 저항(131) 및 제2 저항(132)과 실질적으로 동일할 수 있다. 복수의 베이스 저항(430)은 트랜지스터(420)의 베이스 단에 연결될 수 있다. 차저(10)가 연결된 때, 차저(10)는 제1 저항(431) 및 제2 저항(432)과 폐회로를 형성할 수 있다. 이 때, 차저(10), 제1 저항(431) 및 제2 저항(432)이 형성하는 폐회로에 흐르는 전류를 베이스 전류라 할 수 있다. 베이스 전류가 형성된 때, 제1 저항(431) 및 제2 저항(432)에 의해 전류가 분배 되므로, 트랜지스터(420)의 에미터 단으로 흐르는 전류가 증가하므로 트랜지스터(420)를 턴 온(turn on)시킬 수 있다.
제1 저항(431) 및 제2 저항(432)의 저항 값은, 차저(10)가 배터리 동작 관리 장치(400)에 연결되는 때, 트랜지스터(420)를 턴 온 시킬 수 있도록 결정될 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(400)에 차저(10)가 연결된 때 형성되는 베이스 전류가 데이터시트(Datasheet)에서 제공하는 턴 온(turn on) 전류 이상이 되도록, 제1 저항(431) 및 제2 저항(432)의 저항 값을 결정할 수 있다.
스위칭부(440)는 제2 충방전 라인(402)에 배치(즉, 로우 사이드(low side)로 배치)된 상태로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 스위칭부(440)는 제1 충방전 라인(401)에 배치(즉, 하이 사이드(high side)로 배치)될 수 있다.
에미터 저항(450)의 일단은 트랜지스터(420)에 연결되고, 타단은 배터리 팩(410)의 제1 충방전 라인(401)에 연결될 수 있다. 에미터 저항(450)은 트랜지스터(420)의 에미터 단에 연결될 수 있다.
콜렉터 저항(460)의 일단은 트랜지스터(420)에 연결되고, 타단은 배터리 팩(410)의 제2 충방전 라인(402)에 연결될 수 있다. 콜렉터 저항(460)은 트랜지스터(420)의 콜렉터 단에 연결될 수 있다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치 및 배터리 동작 관리 장치에 연결되는 차저를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 동작 관리 장치(500)는 배터리 팩(510), 트랜지스터(520), 복수의 베이스 저항(530), 스위칭부(540), 전원 제어부(570) 및 컨트롤러(580)를 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(500)는 콜렉터 저항(560)을 더 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(500)는 에미터 저항(550)을 더 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(500)는 배터리 팩(510)의 제1 충방전 라인(501) 및 제2 충방전 라인(502)을 통해 외부의 차저(20)와 연결될 수 있다.
이하에서는 배터리 동작 관리 장치(500)에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하고, 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
배터리 동작 관리 장치(500)에 연결되는 외부의 차저(20)는 도 4의 배터리 동작 관리 장치(400)에 연결되는 외부의 차저(10)와 실질적으로 동일할 수 있다.
배터리 동작 관리 장치(500)의 배터리 팩(510), 제1 충방전 라인(501), 제2 충방전 라인(502), 트랜지스터(520), 복수의 베이스 저항(530), 스위칭부(540), 에미터 저항(550) 및 콜렉터 저항(560)은 각각 도 4의 배터리 팩(410), 제1 충방전 라인(401), 제2 충방전 라인(402), 트랜지스터(420), 복수의 베이스 저항(430), 스위칭부(440), 에미터 저항(450) 및 콜렉터 저항(460)과 실질적으로 동일할 수 있다.
복수의 베이스 저항(530)은 제1 저항(531) 및 제2 저항(532)로 분기될 수 있고, 제1 저항(531) 및 제2 저항(532)은 각각 도 4의 제1 저항(431) 및 제2 저항(432)과 실질적으로 동일할 수 있다.
전원 제어부(570)는 트랜지스터(520) 및 배터리 팩(510)의 제1 충방전 라인(501)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전원 제어부(570)는 트랜지스터(520)의 콜렉터 단에 연결될 수 있다. 전원 제어부(570)는, 트랜지스터(520)에서 전원 제어부(570) 내부 방향으로 향하는 다이오드를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 전원 제어부(570)에 포함된 다이오드에 의하여, 전압 강하가 발생할 수 있다.
전원 제어부(570)는 BMS(Battery Management System)용 전원 제어부에 해당할 수 있다. 전원 제어부(570)는 BMS의 전원을 제어하기 위하여, BMS와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 전원 제어부(570)는 차량용 BMS의 전원의 온오프(on off) 동작을 제어할 수 있다. 전원 제어부(570)는, 온(on) 상태인 경우 BMS의 웨이크업(wake up) 동작을 수행할 수 있다.
컨트롤러(580)는 트랜지스터(520) 및 콜렉터 저항(560) 사이에 배치될 수 있다. 컨트롤러(580)는 트랜지스터(520)의 콜렉터 단 및 콜렉터 저항(560)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(580)는 전원 제어부(570)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(580)는 트랜지스터(520)와 동일한 노드에서 전원 제어부(570)와 연결될 수 있다.
컨트롤러(580)는 전원 제어부(570)의 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(580)는 차저(20)의 연결 여부를 인식할 수 있다. 컨트롤러(580)는 트랜지스터(520)의 온오프 여부를 통해, 차저(20)의 연결 여부를 인식할 수 있다. 컨트롤러(580)는, 트랜지스터(520)의 콜렉터 단에서 출력되는 전압을 측정할 수 있다. 이 때, 컨트롤러(580)는 기 지정된 기준값 이상의 전압이 측정된 경우, 트랜지스터(520)가 턴온 된 것으로 판단하고, 차저(20)가 연결된 것으로 인식할 수 있다.
컨트롤러(580)는 전원 제어부(570)를 온오프(on off) 할 수 있다. 컨트롤러(580)는 트랜지스터(520)의 온오프 여부에 따라 전원 제어부(570)의 온오프 동작을 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 컨트롤러(580)는 정상적으로 동작하기 위해, 3.3V 내지 5V 범위 전압을 인가받을 수 있다. 콜렉터 저항(560)의 저항 값은 컨트롤러(580)에, 정상 동작 범위의 전압이 인가되도록 결정될 수 있다. 콜렉터 저항(560) 및 컨트롤러(580)에 대한 보다 구체적인 설명에 대해서는 도 6에서 후술한다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치 및 배터리 동작 관리 장치에 연결되는 차저를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 배터리 동작 관리 장치(600)는 배터리 팩(610), 트랜지스터(620), 복수의 베이스 저항(630), 스위칭부(640), 전원 제어부(670), 차저 인식부(680), 동작 제어부(690)를 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(600)는 콜렉터 저항(660)을 더 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(600)는 에미터 저항(650)을 더 포함할 수 있다. 배터리 동작 관리 장치(600)는 배터리 팩(610)의 제1 충방전 라인(601) 및 제2 충방전 라인(602)을 통해 외부의 차저(30)와 연결될 수 있다.
이하에서는 배터리 동작 관리 장치(600)에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하고, 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
배터리 동작 관리 장치(600)에 연결되는 외부의 차저(30)는 도 5의 배터리 동작 관리 장치(500)에 연결되는 외부의 차저(20)와 실질적으로 동일할 수 있다.
배터리 동작 관리 장치(600)의 배터리 팩(610), 제1 충방전 라인(601), 제2 충방전 라인(602), 트랜지스터(620), 복수의 베이스 저항(630), 스위칭부(640), 에미터 저항(650), 콜렉터 저항(660) 및 전원 제어부(670)는 각각 도 5의 배터리 팩(510), 제1 충방전 라인(501), 제2 충방전 라인(502), 트랜지스터(520), 복수의 베이스 저항(530), 스위칭부(540), 에미터 저항(550), 콜렉터 저항(560) 및 전원 제어부(570)와 실질적으로 동일할 수 있다.
복수의 베이스 저항(630)은 제1 저항(631) 및 제2 저항(632)로 분기될 수 있고, 제1 저항(631) 및 제2 저항(632)은 각각 도 5의 제1 저항(531) 및 제2 저항(532)과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 동작 관리 장치(600)의 콜렉터 저항(660)은 제3 저항(661) 및 제4 저항(662)로 분기될 수 있다. 실시예에 따라, 배터리 동작 관리 장치(600)는 제3 저항(661) 및 제4 저항(662) 사이에 차저 인식부(680)를 더 포함할 수 있고, 제4 저항(662) 및 트랜지스터(620) 사이에 동작 제어부(690)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 동작 제어부(690)는 트랜지스터(620)와 동일한 노드에서 전원 제어부(670)와 연결될 수 있다.
차저 인식부(680) 및 동작 제어부(690)는 도 5의 컨트롤러(580)와 실질적으로 동일한 동작을 수행할 수 있다. 실시예에 따르면, 차저 인식부(680) 및 동작 제어부(690)는 컨트롤러(580)에 포함된 구성에 해당할 수 있다. 이 때, 차저 인식부(680)는 차저(30)의 연결 여부를 인식하는 동작을 수행하고, 동작 제어부(690)는 전원 제어부(670)의 온오프 동작을 제어하는 동작을 수행할 수 있다.
차저 인식부(680)는 정상적으로 동작하기 위하여, 3.3V 내지 5V 범위 전압을 인가받을 수 있다. 차저 인식부(680)에 5V를 초과하는 전압이 인가되는 경우, 고장이 발생할 수 있다. 콜렉터 저항(660)은 제3 저항(661) 및 제4 저항(662)으로 분기될 수 있고, 제3 저항(661) 및 제4 저항(662)의 저항 값은 차저 인식부(680)에 기 설정된 기준값 이하의 전압이 인가되도록 결정될 수 있다. 여기서, 기준값은 차저 인식부(680)의 고장이 발생하지 않는 범위에서 설정될 수 있다. 실시예에 따르면, 기준값은 5V로 설정될 수 있다.
동작 제어부(690)는 전원 제어부(670)의 동작을 정상적으로 제어하기 위하여, 기준 범위 이상의 전압을 인가받을 수 있다. 여기서, 기준 범위란 차저(30)가 최소 전압을 출력한 경우에도 전원 제어부(670)의 동작을 정상적으로 제어할 수 있는 범위로 지정될 수 있다. 실시예에 따르면, 기준 범위는 1.3V 내지 1.6V로 설정될 수 있다. 실시예에 따르면, 제3 저항(661) 및 제4 저항(662)의 저항 값은, 동작 제어부(690)에 기준 범위 이상의 전압이 인가되도록 결정될 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소를 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 문서에 개시된 실시예들이 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 문서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 문서의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 제1 단자를 통해 배터리 팩의 제1 충방전 라인과 전기적으로 연결되고, 제2 단자를 통해 상기 배터리 팩의 제2 충방전 라인과 전기적으로 연결되는 트랜지스터; 및
    상기 트랜지스터, 상기 제1 충방전 라인 및 상기 제2 충방전 라인과 전기적으로 연결되는 복수의 베이스 저항을 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 베이스 저항은,
    일단이 상기 트랜지스터와 연결되고, 타단이 상기 제1 충방전 라인과 연결되는 제1 저항; 및
    일단이 상기 트랜지스터와 연결되고, 타단이 상기 제2 충방전 라인과 연결되는 제2 저항을 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 저항 값은,
    상기 제1 충방전 라인 및 제2 충방전 라인에 차저(charger)가 연결되는 경우, 상기 트랜지스터를 턴 온(turn on) 시킬 수 있도록 결정되는 배터리 동작 관리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 차저는 가변 전압을 출력하는 배터리 동작 관리 장치.
  5. 청구항 1항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 PNP형 BJT를 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제1 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 에미터 저항; 및
    상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제2 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 콜렉터 저항을 더 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 콜렉터 저항 및 상기 트랜지스터 사이에 배치되는 컨트롤러; 및
    상기 컨트롤러, 상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제1 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 전원 제어부를 더 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 트랜지스터의 온오프 여부에 따라, 상기 전원 제어부의 온오프 동작을 제어하는 배터리 동작 관리 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 콜렉터 저항은 제3 저항 및 제4 저항으로 분기되고,
    상기 제3 저항 및 상기 제4 저항 사이에 배치되는 차저 인식부;
    상기 트랜지스터 및 상기 제4 저항 사이에 배치되는 동작 제어부; 및
    상기 동작 제어부, 상기 트랜지스터 및 상기 배터리 팩의 제1 충방전 라인에 전기적으로 연결되는 전원 제어부를 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 차저 인식부는, 차저(charger)의 연결 여부를 인식하고,
    상기 동작 제어부는, 상기 전원 제어부의 온오프 동작을 제어하는 배터리 동작 관리 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제3 저항 및 제4 저항의 저항 값은, 상기 차저 인식부에 기 설정된 기준값 이하의 전압이 인가되도록 결정되는 배터리 동작 관리 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    로우 사이드(low side) 또는 하이 사이드(high side)로 배치되는 스위칭부를 더 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 스위칭부는, 일 이상의 충전용 스위치 및 일 이상의 방전용 스위치를 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  14. 배터리 팩과 연결되어 에미터 전류를 상시 형성하는 트랜지스터;
    배터리 관리 장치의 전원을 제어하는 전원 제어부;
    상기 전원 제어부의 동작을 제어하는 컨트롤러; 및
    차저가 연결된 때, 상기 트랜지스터를 턴 온(turn on) 시킬 수 있는 저항 값으로 결정되는 복수의 베이스 저항을 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 트랜지스터는 PNP형 BJT를 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 차저는 가변 전압을 출력하는 배터리 동작 관리 장치.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 컨트롤러에 상기 전원 제어부의 동작을 제어하기 충분한 전압을 인가시키는 저항 값으로 결정되는 콜렉터 저항을 더 포함하는 배터리 동작 관리 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 차저의 연결 여부를 인식하는 차저 인식부 및 상기 전원 제어부의 온오프 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함하고,
    상기 콜렉터 저항은, 상기 차저 인식부에 기 설정된 기준값 이하의 전압이 인가되도록 제3 저항 및 제4 저항으로 분기되는 배터리 동작 관리 장치.
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