WO2018105837A1 - 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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battery pack
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진경필
이명상
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Definitions

  • the present invention relates to a communication system of a battery pack and a battery pack including the same. More specifically, in a battery pack to which a low side FET is applied, the present invention relates to overcurrent consumption and overvoltage in a communication unit when communication is performed between a battery pack and an external system.
  • the present invention relates to a communication system of a battery pack for physically separating a battery ground and an external system ground of a communication unit in order to solve a burnout problem, and a battery pack including the same.
  • the battery pack may include a battery management system (BMS), and the BMS may apply a protection FET to the hide side or the low side according to the type of the battery IC.
  • BMS battery management system
  • High Side FET refers to a structure that controls the gate of the protection FET compared to battery power using the charge pumping circuit inside the battery IC.
  • the low side FET refers to a structure that controls the gate of the protection FET to the battery ground voltage.
  • the communication is performed when the protection FET is turned off according to the position (High Side or Low Side) of the protection FET. Availability is determined.
  • FIG. 1 schematically illustrates a communication system of a battery pack according to the related art.
  • a battery IC may include a receiver (SET) of an external system through a pack transmitter (Pack TX) and a pack receiver (Pack RX). RX) and the communication terminal (SET TX).
  • SET receiver
  • Pack TX pack transmitter
  • Pack RX pack receiver
  • RX the communication terminal
  • the present invention provides a battery pack communication system and a battery pack including the same in a battery pack to which a low side FET is applied to solve the problem of overcurrent consumption and burnout caused by overvoltage in the communication unit when communication is performed between the battery pack and an external system. It aims to provide.
  • a communication system of a battery pack is a communication system of a battery pack including a transmitter for transmitting a communication signal from the battery pack to an external device and a receiver for receiving a communication signal from the external device,
  • the transmitter may include a first transistor configured to switch in response to a first communication signal output from the BMS of the battery pack, a second transistor configured to switch in response to a switching operation of the first transistor, and the first transistor and the second transistor.
  • a first diode configured to transfer the first communication signal to the external device in response to a switching operation of the transistor
  • the receiver comprises: a third transistor configured to switch in response to a second communication signal received from the external device; A fourth transistor for switching in response to the switching operation of the third transistor In response to the switching operation of the third transistor and the fourth transistor and a second diode to pass the second communication signal to the BMS.
  • the first transistor and the third transistor may be P-type transistors, and the second transistor and the fourth transistor may be N-type transistors.
  • an emitter of the first transistor may be connected to an anode of the first diode, and a cathode of the first diode may be connected to a collector of the second transistor.
  • the collector of the first transistor is connected to the base of the second transistor, and the first transistor is turned off by the first communication signal of a high level, and the second transistor When the first transistor is turned off, the first transistor is turned off in response thereto.
  • the first diode may transmit the first communication signal having a high level to the external device.
  • the first communication signal having a low level output from the BMS may be transmitted to the external device through the first transistor and the second transistor.
  • ground of the battery pack and the ground of the external device may be electrically separated from each other.
  • the collector of the third transistor is connected to the base of the fourth transistor, and the third transistor is turned off by the second communication signal of a high level, and the fourth transistor The third transistor is turned off in response to the third transistor being turned off, and the second diode may transfer the second communication signal having a high level to the BMS.
  • the second communication signal having a low level output from the external device may be transmitted to the BMS through the third transistor and the fourth transistor.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention, the battery pack communication system according to an embodiment of the present invention, a plurality of charge-dischargeable battery cells, the charge and discharge connected to the (-) terminal of the plurality of battery cells And a battery management system for monitoring a state of a control switch and the plurality of battery cells, controlling a switching operation of the charge / discharge control switch, and outputting a communication signal to the communication system.
  • the present invention provides a battery pack communication system and a battery pack including the same in a battery pack to which a low side FET is applied to solve the problem of overcurrent consumption and burnout caused by overvoltage in the communication unit when communication is performed between the battery pack and an external system. Can provide.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a communication system of a battery pack according to the prior art.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack to which a communication system of a battery pack according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a communication system of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack to which a communication system of a battery pack according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the battery pack includes a plurality of battery cells, and includes a battery management system (BMS) for monitoring a state of the plurality of battery cells.
  • BMS also controls the charge / discharge operation of the battery pack by controlling the switching operations of the charge control FET (CFET) and the discharge control FET (DFET).
  • CFET charge control FET
  • DFET discharge control FET
  • the battery pack may include one (+) terminal (Pack +) and one (-) terminal (Pack-) corresponding to the plurality of battery cells, and the battery pack may be connected to an external device through the terminals.
  • the external device may be a load that receives power from the battery pack or a charging device that charges the plurality of battery cells by supplying power to the battery pack.
  • the BMS may include a battery IC and a micro controller unit, and the MCU may perform a function of a communication system of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the MCU may be connected to a transmitting end TX and a receiving end RX of a communication system to receive a communication signal from the external device or to transmit a communication signal to the external device.
  • a low side FET is applied to the battery pack to which the communication system of the battery pack according to an embodiment of the present invention is applied, and the low side FET is a charge control FET (CFET) and a discharge control as shown in FIG. 2. It refers to a structure in which a FET (DFET) is connected to the negative terminal side of the plurality of battery cells.
  • CFET charge control FET
  • DFET FET
  • the battery pack When the discharge control FET (DFET) is turned off by a battery pack protection operation, the battery pack communicates with the battery ground (Battery GND), and the external device communicates with the pack- terminal. Done. In this case, the battery pack and the external device do not communicate with each other.
  • DFET discharge control FET
  • both the Pack- and the communication terminals TX and RX rise to the Pack + end voltage level. Since the communication terminals TX and RX of the battery pack side are connected to a voltage (eg, 3.3V) at a predetermined level with respect to the ground, an overvoltage is applied.
  • a voltage eg, 3.3V
  • a resistor and a zener diode may be applied between the battery pack and the communication terminal of the external device.
  • the resistor and the zener diode shown in FIG. 1 may be disposed between the battery pack and the external device of FIG. 2. It can be applied to the communication terminal applied to.
  • An overvoltage is applied to the resistor and the zener diode to generate a current consumption accordingly. If the characteristic values of the resistor and the zener diode are not properly set, excessive current consumption may occur, and a low voltage failure may occur when the battery pack is left, and in some cases, hardware failure of the BMS and the entire system may occur. Can be.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a communication system of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a communication system of a battery pack is a ground system (GND) of the battery pack and the external device in a communication system applied between a battery pack and an external device connected to the battery pack. It is an object to provide a configuration that isolates the earth of the device.
  • GND ground system
  • the communication system of a battery pack includes a transmitter 110 for transmitting a communication signal from the battery pack to an external device and a receiver 120 for receiving a communication signal from the external device.
  • the communication system may include some components of a battery management system (BMS) including a transmitter 110 and a receiver 120.
  • BMS battery management system
  • the battery pack may include a plurality of battery cells (Battery Cells), the plurality of battery cells (Battery Cells) are connected to each other in series or a battery module through a combination of a parallel connection of a plurality of cells connected in series Can be configured.
  • Battery Cells Battery Cells
  • Battery Cells are connected to each other in series or a battery module through a combination of a parallel connection of a plurality of cells connected in series Can be configured.
  • the BMS monitors the states of the battery cells and controls charging and discharging operations of the battery pack.
  • the battery pack to which the communication system of the battery pack according to the present invention is applied is a battery pack to which a low side FET is applied, and as shown in FIG. 3, a discharge control FET (DFET) at a (P-) terminal of the battery pack. You can see that is applied.
  • DFET discharge control FET
  • the battery pack may include the discharge control FET (DFET) and the charge control FET (not shown), wherein the charge control FET may be connected in series or in parallel with the discharge control FET (DFET) and switched by the BMS. The operation can be controlled.
  • DFET discharge control FET
  • DFET discharge control FET
  • DFET charge control FET
  • the transmitter 110 includes a first transistor TR1, a second transistor TR2, and a first diode D1.
  • the first transistor TR1 switches in response to a first communication signal output from the BMS of the battery pack, and the second transistor TR2 switches in response to a switching operation of the first transistor TR1. do.
  • the first transistor TR1 when the first communication signal having a high level is output from the BMS, the first transistor TR1 is turned off by the first communication signal having a high level.
  • the second transistor TR2 may also be turned off.
  • the first diode D1 may transmit the first communication signal to the external device in response to a switching operation of the first transistor TR1 and the second transistor TR2.
  • the first diode D1 transfers the first communication signal to the external device when the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are turned off.
  • the first communication signal may be transmitted from the BMS to the receiving terminal SET RX of the external device through the first diode D1.
  • the first transistor TR1 may be a P-type transistor to be turned off by the first communication signal having a high level.
  • the second transistor TR2 may be an N-type transistor to be turned off by the first transistor TR1 that is turned off.
  • the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are a P-type transistor and an N-type transistor, respectively, when the first communication signal having a low level is output from the BMS, the first transistor TR1 is output. Is turned on and correspondingly, the second transistor TR2 is turned on. Accordingly, the low level first communication signal may be transmitted to the receiving terminal SET RX of the external device through the first transistor TR1 and the second transistor TR2.
  • an emitter of the first transistor TR1 is connected to an anode of the first diode D1, and a cathode of the first diode D1 is connected to the second transistor.
  • TR2 can be connected to the collector (Collector).
  • the base of the first transistor TR1 may be connected to the BMS to receive the first communication signal output from the BMS.
  • the collector of the first transistor TR1 may be connected to the base of the second transistor TR2.
  • the receiver 120 includes a third transistor TR3, a fourth transistor TR4, and a second diode D2.
  • the third transistor TR3 switches in response to a second communication signal received from the external device, and the fourth transistor TR4 switches in response to a switching operation of the first transistor TR3.
  • the third transistor TR3 is turned off by the second communication signal having a high level.
  • the fourth transistor TR4 may also be turned off.
  • the second diode D2 may transfer the second communication signal to the BMS in response to a switching operation of the third transistor TR3 and the fourth transistor TR4.
  • the second diode D2 transfers the second communication signal to the BMS when the third transistor TR3 and the fourth transistor TR4 are turned off.
  • the second communication signal is transmitted from the transmitting terminal SET RX of the external device to the BMS via the second diode D2.
  • the third transistor TR3 may be a P-type transistor to be turned off by the second communication signal having a high level.
  • the fourth transistor TR4 may be an N-type transistor to be turned off by the third transistor TR3 that is turned off.
  • the third transistor TR3 and the fourth transistor TR4 are P-type transistors and N-type transistors, respectively, when the second communication signal of a low level is output from the transmission terminal SET TX of the external device.
  • the first transistor TR3 is turned on, and correspondingly, the fourth transistor TR4 is turned on. Accordingly, the low level second communication signal may be transmitted to the BMS through the third transistor TR3 and the fourth transistor TR4.
  • an emitter of the third transistor TR3 is connected to a cathode of the second diode D2, and an anode of the second diode D2 is connected to the fourth transistor.
  • TR4 can be connected to the collector (Collector).
  • the base of the third transistor TR3 may be connected to the transmission terminal SET TX of the external device to receive the second communication signal output from the transmission terminal SET TX of the external device.
  • the collector of the third transistor TR3 may be connected to the base of the fourth transistor TR4.
  • the low level communication signal is communicated between the battery pack and the communication terminal (SET TX or SET RX) of the external device through a transistor included in the transmitter 110 or the receiver 120. Can be sent from.
  • the high level communication signal may be transmitted between the battery pack and the communication terminal SET TX or SET RX of the battery pack through a diode included in the transmitter 110 or the receiver 120.
  • the communication system of the battery pack since the ground side of the battery and the communication terminal ground of the external device connected to the battery pack are physically separated from each other, the current consumption in the communication unit of the battery pack, It can provide an effect of reducing the likelihood of burning.
  • the present invention relates to a communication system of a battery pack and a battery pack including the same. More specifically, in a battery pack to which a low side FET is applied, the present invention relates to overcurrent consumption and overvoltage in a communication unit when communication is performed between a battery pack and an external system. In order to solve the burnout problem caused by the communication unit of the battery pack and physically separating the battery ground and the external system ground of the communication unit may provide a battery pack including the same.

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Abstract

배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템은 배터리 팩으로부터의 통신 신호를 외부장치로 전송하는 송신부와 상기 외부장치로부터의 통신 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 배터리 팩의 통신 시스템으로서, 상기 송신부는, 상기 배터리 팩의 BMS에서 출력되는 제1 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작하는 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제1 통신신호를 상기 외부장치로 전달하는 제1 다이오드를 포함하고, 상기 수신부는, 상기 외부장치로부터 수신되는 제2 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하는 제3 트랜지스터, 상기 제3 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작하는 제4 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제2 통신신호를 상기 BMS로 전달하는 제2 다이오드를 포함한다.

Description

배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 Low Side FET가 적용되는 배터리 팩에 있어서 배터리 팩과 외부 시스템 간의 통신이 이루어지는 경우 통신부에서의 과전류 소비와 과전압에 의한 소손 문제를 해결하기 위하여 통신부의 배터리 접지와 외부 시스템 접지를 물리적으로 분리하는 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리 팩은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)을 포함할 수 있으며, BMS는 배터리 IC의 종류에 따라 보호용 FET를 Hide Side 또는 Low Side에 적용할 수 있다.
High Side FET는 배터리 IC 내부의 Charge Pumping 회로를 이용하여 배터리 전원 대비 보호용 FET의 게이트를 제어하는 구조를 의미한다. 또한, Low Side FET는 배터리 접지 전압 대비 보호용 FET의 게이트를 제어하는 구조를 의미한다.
배터리 IC가 통신 가능하여 배터리 팩과 연결되는 외부 장치 또는 외부 시스템과 통신하는 경우, 상기 보호용 FET의 위치(High Side 또는 Low Side)에 따라 상기 보호용 FET가 턴-오프(Turn-Off) 되었을 때 통신 가능 여부가 결정된다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩의 통신 시스템을 개략적으로 나타내며, 도 1을 참조하면 배터리 IC(Battery IC)는 팩 송신단(Pack TX)과 팩 수신단(Pack RX)을 통해 외부 시스템의 수신단(SET RX) 및 송신단(SET TX)과 통신을 수행한다.
도 1에 도시되는 배터리 팩에 Low Side FET가 적용되는 경우, 과전류가 흐르는 문제가 발생할 수 있어 배터리 팩이 방치되는 경우 저전압 불량이 발생할 수 있으며, 경우에 따라서는 BMS 및 시스템 하드웨어 불량을 유발할 수 있다.
본 발명은 Low Side FET가 적용되는 배터리 팩에 있어서 배터리 팩과 외부 시스템 간의 통신이 이루어지는 경우 통신부에서의 과전류 소비와 과전압에 의한 소손 문제를 해결할 수 있는 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템은 배터리 팩으로부터의 통신 신호를 외부장치로 전송하는 송신부와 상기 외부장치로부터의 통신 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 배터리 팩의 통신 시스템으로서, 상기 송신부는, 상기 배터리 팩의 BMS에서 출력되는 제1 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작하는 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제1 통신신호를 상기 외부장치로 전달하는 제1 다이오드를 포함하고, 상기 수신부는, 상기 외부장치로부터 수신되는 제2 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하는 제3 트랜지스터, 상기 제3 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작하는 제4 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제2 통신신호를 상기 BMS로 전달하는 제2 다이오드를 포함한다.
또한, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터는 P형 트랜지스터이고, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터는 N형 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 제1 트랜지스터의 에미터(Emitter)는 상기 제1 다이오드의 애노드(Anode)와 연결되고, 상기 제1 다이오드의 캐소드(Cathode)는 상기 제2 트랜지스터의 콜렉터(Collector)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터는 상기 제2 트랜지스터의 베이스(Base)와 연결되며, 상기 제1 트랜지스터는 하이 레벨(High Level)의 상기 제1 통신신호에 의하여 턴-오프되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터가 턴-오프되면 이에 대응하여 턴-오프되며, 상기 제1 다이오드는 하이 레벨의 상기 제1 통신신호를 상기 외부장치로 전달할 수 있다.
또한, 상기 BMS에서 출력되는 로우 레벨(Low Level)의 상기 제1 통신신호는 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 통해 상기 외부장치로 전송될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩의 접지와 상기 외부장치의 접지는 전기적으로 서로 분리될 수 있다.
또한, 상기 제3 트랜지스터의 콜렉터는 상기 제4 트랜지스터의 베이스(Base)와 연결되며, 상기 제3 트랜지스터는 하이 레벨(High Level)의 상기 제2 통신신호에 의하여 턴-오프되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터가 턴-오프되면 이에 대응하여 턴-오프되며, 상기 제2 다이오드는 하이 레벨의 상기 제2 통신신호를 상기 BMS로 전달할 수 있다.
또한, 상기 외부장치에서 출력되는 로우 레벨(Low Level)의 상기 제2 통신신호는 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터를 통해 상기 BMS로 전송될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템, 충방전 가능한 복수의 배터리 셀, 상기 복수의 배터리 셀의 (-) 단자에 연결되는 충방전 제어 스위치 및 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 모니터링 하고, 상기 충방전 제어 스위치의 스위칭 동작을 제어하며, 상기 통신 시스템에 통신 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템을 포함한다.
본 발명은 Low Side FET가 적용되는 배터리 팩에 있어서 배터리 팩과 외부 시스템 간의 통신이 이루어지는 경우 통신부에서의 과전류 소비와 과전압에 의한 소손 문제를 해결할 수 있는 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩의 통신 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템이 적용되는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이제, 예시적인 실시예들이 첨부 도면들을 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 그러나, 여러 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 실시예들로 한정되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 완벽해지며, 예시적인 구현예들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 완전하게 전달할 수 있도록 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 예시적인 실시예들이 도시되는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 완벽하게 실시예들이 설명될 것이다. 전체적으로 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도면들에서, 동일하거나 대응하는 구성요소들에는 동일한 도면부호가 부여되고, 이에 대하여 중복하여 설명되지 않을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템이 적용되는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩은 복수의 배터리 셀들을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀들의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 시스템(Batttery Management System, BMS)를 포함한다. BMS는 또한 충전 제어용 FET(CFET)와 방전 제어용 FET(DFET)의 스위칭 동작을 제어함으로써 상기 배터리 팩의 충방전 동작을 제어한다.
상기 배터리 팩은 상기 복수의 배터리 셀들에 대응하는 하나의 (+) 단자(Pack+)와 하나의 (-) 단자(Pack-)를 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩은 상기 단자들을 통해 외부 장치와 연결될 수 있다. 그리고 상기 외부 장치는 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하 또는 상기 배터리 팩에 전력을 공급하여 상기 복수의 배터리 셀들을 충전하는 충전 장치일 수 있다.
BMS는 배터리 IC(Battery IC)와 MCU(Micro Controller Unit)을 포함할 수 있으며, MCU는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템의 기능을 수행할 수 있다. MCU는 통신 시스템의 송신단(TX)과 수신단(RX)에 연결되어 상기 외부 장치로부터의 통신신호를 수신하거나, 상기 외부 장치로 통신신호를 전송할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템이 적용되는 상기 배터리 팩은 Low Side FET가 적용되는데, 상기 Low Side FET는 도 2에 도시되는 바와 같이 충전 제어용 FET(CFET) 및 방전 제어용 FET(DFET)가 상기 복수의 배터리 셀들의 (-) 단자 측에 연결되는 구조를 의미한다.
배터리 팩 보호 동작으로 상기 방전 제어용 FET(DFET)가 턴-오프(Turn-Off) 되는 경우, 상기 배터리 팩은 배터리 그라운드(Battery GND) 대비 통신을 하고, 상기 외부 장치의 경우 Pack- 단자 대비 통신을 하게 된다. 이러한 경우, 상기 배터리 팩과 상기 외부 장치는 서로 통신이 되지 않는다.
한편, 상기 Pack- 단이 플로팅 레벨(Floating Level)로 되고 상기 외부 장치 내부의 커패시터(Capacitor) 전압이 모두 방전되면, 상기 Pack- 및 통신단(TX, RX)이 모두 Pack+ 단 전압 레벨까지 상승하고 상기 배터리 팩 쪽의 상기 통신단(TX, RX)은 그라운드 대비 일정 레벨의 전압(예컨대, 3.3V)에 연결되어 있기 때문에 과전압이 걸리게 된다.
한편, 도 1을 다시 참조하면, 배터리 팩과 외부 장치의 통신단 사이에는 저항 및 제너 다이오드가 적용될 수 있으며, 도 1에 도시되는 상기 저항과 제너 다이오드는 도 2의 상기 배터리 팩과 상기 외부 장치 사이에 적용되는 통신단에 적용될 수 있다.
상기 저항과 상기 제너 다이오드에는 과전압이 인가되어 그에 따른 소비전류가 발생하게 된다. 만약, 상기 저항과 상기 제너 다이오드의 특성 값이 적절하게 설정되지 않는 경우에는 과한 소비전류가 발생하여 상기 배터리 팩 방치 시 저전압 불량이 발생할 수 있으며, 경우에 따라서는 BMS와 전체 시스템의 하드웨어 불량을 유발할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템은 배터리 팩과 상기 배터리 팩에 연결되는 외부 장치 사이에 적용되는 통신 시스템에 있어서 상기 배터리 팩의 접지(GND)와 상기 외부 장치의 접지를 분리하는 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통신 시스템은 배터리 팩으로부터의 통신 신호를 외부장치로 전송하는 송신부(110)와 상기 외부장치로부터의 통신 신호를 수신하는 수신부(120)를 포함한다. 도 3에서 상기 통신 시스템은 송신부(110), 수신부(120)를 비롯하여 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)의 일부 구성을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 배터리 팩은 복수의 배터리 셀들(Battery Cells)을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 배터리 셀들(Battery Cells)은 서로 직렬로 연결되거나 직렬로 연결된 복수의 셀들의 병렬 연결의 조합을 통해 배터리 모듈을 구성할 수 있다.
상기 BMS는 상기 복수의 배터리 셀들(Battery Cells)의 상태를 모니터링 하고 상기 배터리 팩의 충방전 동작을 제어한다. 한편, 본 발명에 따른 배터리 팩의 통신 시스템이 적용되는 배터리 팩은 Low Side FET가 적용되는 배터리 팩으로, 도 3에 도시되는 바와 같이 상기 배터리 팩의 (P-) 단자에 방전 제어 FET(DFET)가 적용되어 있는 것을 확인할 수 있다.
상기 배터리 팩은 상기 방전 제어 FET(DFET) 및 충전 제어 FET(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 충전 제어 FET는 상기 방전 제어 FET(DFET)와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있고 상기 BMS에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다.
한편, 송신부(110)는 제1 트랜지스터(TR1), 제2 트랜지스터(TR2) 및 제1 다이오드(D1)를 포함한다. 상기 제1 트랜지스터(TR1)는 상기 배터리 팩의 BMS에서 출력되는 제1 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하고, 상기 제2 트랜지스터(TR2)는 상기 제1 트랜지스터(TR1)의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작한다.
예컨대, 하이 레벨(High Level)의 상기 제1 통신신호가 상기 BMS로부터 출력되는 경우, 상기 하이 레벨(High Level)의 제1 통신신호에 의하여 상기 제1 트랜지스터(TR1)는 턴-오프(Turn-Off)될 수 있고, 이에 대응하여 상기 제2 트랜지스터(TR2)도 턴-오프될 수 있다.
상기 제1 다이오드(D1)는 상기 제1 트랜지스터(TR1) 및 상기 제2 트랜지스터(TR2)의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제1 통신신호를 상기 외부장치로 전달할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제1 다이오드(D1)는 상기 제1 트랜지스터(TR1) 및 상기 제2 트랜지스터(TR2)가 턴-오프되면 상기 제1 통신신호를 상기 외부장치로 전달한다. 이때 상기 제1 통신신호는 상기 BMS로부터 상기 제1 다이오드(D1)를 거쳐 상기 외부장치의 수신단(SET RX)으로 전송될 수 있다.
또한, 상기 제1 트랜지스터(TR1)는 하이 레벨의 상기 제1 통신신호에 의하여 턴-오프될 수 있도록 P형 트랜지스터일 수 있다. 그리고, 상기 제2 트랜지스터(TR2)는 턴-오프된 상기 제1 트랜지스터(TR1)에 의하여 턴-오프될 수 있도록 N형 트랜지스터일 수 있다.
상기 제1 트랜지스터(TR1)와 상기 제2 트랜지스터(TR2)가 각각 P형 트랜지스터와 N형 트랜지스터인 경우 상기 BMS에서 로우 레벨(Low Level)의 제1 통신신호가 출력되면 상기 제1 트랜지스터(TR1)는 턴-온(Turn-On)되며, 이에 대응하여 상기 제2 트랜지스터(TR2)도 턴-온된다. 따라서, 상기 로우 레벨의 제1 통신신호는 상기 제1 트랜지스터(TR1)와 상기 제2 트랜지스터(TR2)를 통해 상기 외부장치의 수신단(SET RX)으로 전송될 수 있다.
한편, 상기 제1 트랜지스터(TR1)의 에미터(Emitter)는 상기 제1 다이오드(D1)의 애노드(Anode)와 연결되고, 상기 제1 다이오드(D1)의 캐소드(Cathode)는 상기 제2 트랜지스터(TR2)의 콜렉터(Collector)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 트랜지스터(TR1)의 베이스(Base)는 상기 BMS에 연결되어 상기 BMS에서 출력되는 상기 제1 통신신호를 수신할 수 있다. 그리고, 상기 제1 트랜지스터(TR1)의 콜렉터는 상기 제2 트랜지스터(TR2)의 베이스와 연결될 수 있다.
한편, 수신부(120)는 제3 트랜지스터(TR3), 제4 트랜지스터(TR4) 및 제2 다이오드(D2)를 포함한다. 상기 제3 트랜지스터(TR3)는 상기 외부 장치로부터 수신되는 제2 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하고, 상기 제4 트랜지스터(TR4)는 상기 제1 트랜지스터(TR3)의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작한다.
예컨대, 하이 레벨(High Level)의 상기 제2 통신신호가 상기 BMS로부터 출력되는 경우, 상기 하이 레벨(High Level)의 제2 통신신호에 의하여 상기 제3 트랜지스터(TR3)는 턴-오프(Turn-Off)될 수 있고, 이에 대응하여 상기 제4 트랜지스터(TR4)도 턴-오프될 수 있다.
상기 제2 다이오드(D2)는 상기 제3 트랜지스터(TR3) 및 상기 제4 트랜지스터(TR4)의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제2 통신신호를 상기 BMS로 전달할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제2 다이오드(D2)는 상기 제3 트랜지스터(TR3) 및 상기 제4 트랜지스터(TR4)가 턴-오프되면 상기 제2 통신신호를 상기 BMS로 전달한다. 이때 상기 제2 통신신호는 상기 외부장치의 송신단(SET RX)으로부터 상기 제2 다이오드(D2)를 거쳐 상기 BMS로 전송된다.
또한, 상기 제3 트랜지스터(TR3)는 하이 레벨의 상기 제2 통신신호에 의하여 턴-오프될 수 있도록 P형 트랜지스터일 수 있다. 그리고, 상기 제4 트랜지스터(TR4)는 턴-오프된 상기 제3 트랜지스터(TR3)에 의하여 턴-오프될 수 있도록 N형 트랜지스터일 수 있다.
상기 제3 트랜지스터(TR3)와 상기 제4 트랜지스터(TR4)가 각각 P형 트랜지스터와 N형 트랜지스터인 경우 상기 외부장치의 송신단(SET TX)에서 로우 레벨(Low Level)의 제2 통신신호가 출력되면 상기 제1 트랜지스터(TR3)는 턴-온(Turn-On)되며, 이에 대응하여 상기 제4 트랜지스터(TR4)도 턴-온된다. 따라서, 상기 로우 레벨의 제2 통신신호는 상기 제3 트랜지스터(TR3)와 상기 제4 트랜지스터(TR4)를 통해 상기 BMS로 전송될 수 있다.
한편, 상기 제3 트랜지스터(TR3)의 에미터(Emitter)는 상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드(Cathode)와 연결되고, 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드(Anode)는 상기 제4 트랜지스터(TR4)의 콜렉터(Collector)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제3 트랜지스터(TR3)의 베이스(Base)는 상기 외부장치의 송신단(SET TX)에 연결되어 상기 외부장치의 송신단(SET TX)에서 출력되는 상기 제2 통신신호를 수신할 수 있다. 그리고, 상기 제3 트랜지스터(TR3)의 콜렉터는 상기 제4 트랜지스터(TR4)의 베이스와 연결될 수 있다.
이상 도 3을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 로우 레벨의 통신신호는 송신부(110) 또는 수신부(120)에 포함되는 트랜지스터를 통하여 상기 배터리 팩과 상기 외부장치의 통신단(SET TX 또는 SET RX) 사이에서 전송될 수 있다. 마찬가지로, 하이 레벨의 통신신호는 송신부(110) 또는 수신부(120)에 포함되는 다이오드를 통하여 상기 배터리 팩과 상기 외부장치의 통신단(SET TX 또는 SET RX) 사이에서 전송될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩의 통신 시스템에 따르면 배터리 측 접지와 상기 배터리 팩에 연결되는 외부장치의 통신단 접지가 물리적으로 서로 분리되므로, 배터리 팩의 통신부에서의 전류 소비, 고전압에 의한 하드웨어의 소손 가능성을 낮추는 효과를 제공할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한, 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 Low Side FET가 적용되는 배터리 팩에 있어서 배터리 팩과 외부 시스템 간의 통신이 이루어지는 경우 통신부에서의 과전류 소비와 과전압에 의한 소손 문제를 해결하기 위하여 통신부의 배터리 접지와 외부 시스템 접지를 물리적으로 분리하는 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 배터리 팩으로부터의 통신 신호를 외부장치로 전송하는 송신부와 상기 외부장치로부터의 통신 신호를 수신하는 수신부를 포함하는 배터리 팩의 통신 시스템에 있어서,
    상기 송신부는,
    상기 배터리 팩의 BMS에서 출력되는 제1 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하는 제1 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작하는 제2 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제1 통신신호를 상기 외부장치로 전달하는 제1 다이오드; 를 포함하고,
    상기 수신부는,
    상기 외부장치로부터 수신되는 제2 통신신호에 대응하여 스위칭 동작하는 제3 트랜지스터;
    상기 제3 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 스위칭 동작하는 제4 트랜지스터; 및
    상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터의 스위칭 동작에 대응하여 상기 제2 통신신호를 상기 BMS로 전달하는 제2 다이오드;
    를 포함하는 배터리 팩의 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터는 P형 트랜지스터이고, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터는 N형 트랜지스터인 배터리 팩의 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 에미터(Emitter)는 상기 제1 다이오드의 애노드(Anode)와 연결되고, 상기 제1 다이오드의 캐소드(Cathode)는 상기 제2 트랜지스터의 콜렉터(Collector)와 연결되는 배터리 팩의 통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 콜렉터는 상기 제2 트랜지스터의 베이스(Base)와 연결되며,
    상기 제1 트랜지스터는 하이 레벨(High Level)의 상기 제1 통신신호에 의하여 턴-오프되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터가 턴-오프되면 이에 대응하여 턴-오프되며,
    상기 제1 다이오드는 하이 레벨의 상기 제1 통신신호를 상기 외부장치로 전달하는 배터리 팩의 통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 BMS에서 출력되는 로우 레벨(Low Level)의 상기 제1 통신신호는 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 통해 상기 외부장치로 전송되는 배터리 팩의 통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 접지와 상기 외부장치의 접지는 전기적으로 서로 분리되는 배터리 팩의 통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터의 콜렉터는 상기 제4 트랜지스터의 베이스(Base)와 연결되며,
    상기 제3 트랜지스터는 하이 레벨(High Level)의 상기 제2 통신신호에 의하여 턴-오프되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제3 트랜지스터가 턴-오프되면 이에 대응하여 턴-오프되며,
    상기 제2 다이오드는 하이 레벨의 상기 제2 통신신호를 상기 BMS로 전달하는 배터리 팩의 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외부장치에서 출력되는 로우 레벨(Low Level)의 상기 제2 통신신호는 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터를 통해 상기 BMS로 전송되는 배터리 팩의 통신 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩의 통신 시스템;
    충방전 가능한 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀의 (-) 단자에 연결되는 충방전 제어 스위치; 및
    상기 복수의 배터리 셀의 상태를 모니터링 하고, 상기 충방전 제어 스위치의 스위칭 동작을 제어하며, 상기 통신 시스템에 통신 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템;
    을 포함하는 배터리 팩.
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