WO2018225921A1 - 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법 - Google Patents

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김재승
염길춘
오관일
정현철
최승림
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a control method of the battery pack.
  • the battery is provided in the form of a battery pack together with a protection circuit that controls the charging and discharging of the battery, and various researches have been conducted on charging methods and devices for efficiently charging the battery.
  • the battery pack may include a plurality of battery modules.
  • Each of the plurality of battery modules includes a controller for controlling charging and discharging of the battery for managing the battery.
  • the battery pack may include a master controller for controlling the controllers included in the plurality of battery modules.
  • the battery pack has a predetermined number and connection relationship of battery modules included therein in consideration of power consumption and rated voltage of a load to be connected.
  • the battery pack cannot supply adequate power to the load, and further, may require excessive output to the battery module, which may adversely affect the stability and life of the battery module. have. Therefore, the master controller needs to recognize and predict in advance the number of battery modules scheduled to be included in the battery pack.
  • the problem to be solved by the present invention is that the master controller can obtain the number of the plurality of slave controllers are scheduled to be connected from the dedicated communication cable, it does not work if the number of the plurality of slave controllers and the number of slave controllers actually connected is different. To provide a battery pack and a control method of the battery pack.
  • a battery pack includes a battery including at least one battery cell, a plurality of slave battery modules each including a slave controller to control charging and discharging of the battery, and a master controller to control the slave controller.
  • a master battery module, and a communication cable including a first port to which the master controller is connected and a plurality of second ports to which the slave controller is connected, wherein the first port corresponds to the number of the second ports. It further includes an identification terminal for outputting an identification signal which is an electrical signal.
  • the master controller when the master controller is electrically connected to an identification terminal, the master controller detects the number of the second ports based on the identification signal to recognize the number of the battery modules included in the battery pack in advance. It is characterized by.
  • the master controller detects the number of slave controllers connected to the second port, and if the detected number of slave controllers is different from the number of the second ports according to the identification terminal, the operation is performed. Characterized by stopping.
  • the identification terminal includes a plurality of identification pins
  • the identification signal is characterized in that the electrical signal according to the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other of the plurality of identification pins.
  • the communication cable is produced by electrically connecting at least two identification pins of the plurality of identification pins of the identification terminal with each other.
  • the master controller pre-stores a database including information on the number of the second port corresponding to the number and the arrangement order of the identification pins electrically connected to each other. do.
  • the master controller when the master controller is electrically connected to the identification terminal, the master controller detects the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other, and determines the number of corresponding second ports from the database. It is characterized by obtaining.
  • identification pins which are not electrically connected to each other among the plurality of identification pins are opened, and the identification pins electrically connected to each other are grounded.
  • the battery pack further comprising a notification unit for generating a notification signal by the control of the master controller, the master controller is notified if the number of the slave controller corresponding to the number of the second port is not connected And control to generate an additional notification signal.
  • a method of controlling a battery pack includes a first port connected to the master controller and a plurality of second ports connected to each of the plurality of slave controllers. Receiving an identification signal from an identification terminal to detect the number of the second ports, detecting the number of the slave controllers connected to the second port, the number of the second ports and a slave controller connected to the second port Comparing the number of the battery pack to determine whether the battery pack is operated.
  • determining whether the battery pack is operated may further include stopping the operation of the battery pack when the number of the second ports and the number of the slave controllers are different. do.
  • determining whether to charge or discharge the battery pack comprises: resuming operation of the battery pack if the number of the second ports and the number of the slave controllers correspond. It further includes.
  • the first port includes an identification terminal having a plurality of identification pins and outputting the identification signal, wherein the identification signal is electrically connected to each other among the plurality of identification pins. It is characterized in that the electrical signal according to the number of pins and the arrangement order.
  • the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other may be determined according to the number of the second ports.
  • the detecting of the number of the second ports may include: checking the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other according to the identification signal, and electrically The method may further include detecting the number of connected second identification pins and the number of second ports corresponding to the arrangement order.
  • the method may further include outputting a notification signal to the outside when the number of the second ports and the number of the slave controllers are different.
  • a method of controlling a battery pack and a battery pack may predict a number of slave controllers to be connected to a master controller from a dedicated communication cable in advance, and stop operation when the predicted number of slave controllers is different from the number of slave controllers actually connected. Therefore, the output instability of the battery pack and the damage caused by excessive output of the battery included in the battery pack may be prevented when the slave controllers different from the predicted number of slave controllers are connected.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of a general battery module.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view schematically showing a communication cable according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection relationship between a communication cable and a controller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an internal configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of controlling charging and discharging of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the present invention discloses a method of controlling a battery pack and a battery pack according thereto according to various embodiments.
  • the battery pack includes a battery including at least one battery cell, a plurality of slave battery modules each including a slave controller to control charging and discharging of the battery, a master battery module including a master controller to control the slave controller, and And a communication cable having a first port to which the master controller is connected and a plurality of second ports to which the slave controller is connected, wherein the first port outputs an identification signal which is an electrical signal corresponding to the number of the second ports.
  • a battery pack further comprising an identification terminal and a method of controlling the same.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of a general battery module.
  • the battery module 103 includes a charge / discharge switch 120, a battery 140, and a controller 130.
  • the battery 140 stores power and includes at least one battery cell 141.
  • the battery 140 may include one battery cell 141 or a plurality of battery cells 141, and the battery cells 141 may be connected in series, connected in parallel, or in series and parallel. Can be connected in combination.
  • the number and connection scheme of the battery cells 141 included in the battery 140 may be determined according to the required output voltage and power storage capacity.
  • the battery cell 141 may include a rechargeable secondary battery.
  • the battery cell 141 may include a nickel-cadmium battery, a nickel metal hydride battery (NiMH), a lithium ion battery, and a lithium polymer battery. It may include.
  • the controller 130 may monitor the voltage and current of the battery 140 to analyze the state of the battery 140 and control the charging and discharging of the battery 140 based on the analyzed state of the battery 140. It can include any kind of device that can process data, such as a processor.
  • the 'processor' may refer to a data processing apparatus embedded in hardware having, for example, a circuit physically structured to perform a function represented by code or instructions included in a program.
  • a data processing device embedded in hardware, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, and an application-specific integrated device (ASIC) It may include a processing device such as a circuit, a field programmable gate array (FPGA), etc., but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the controller 130 may protect the battery 140 to protect the battery 140 when there is a risk of overcharging, overdischarging, overcurrent, overvoltage, overheating, etc. of the battery 140 based on the monitored state of the battery 140.
  • 140 may stop charging and discharging. That is, when the controller 130 detects a situation in which the battery 140 may be damaged such as overcharge, overdischarge, overcurrent, and high temperature, the controller 130 opens at least one of the charge and discharge switches to open the battery 140. ) Charging and discharging can be stopped.
  • the controller 130 may calculate and calculate a residual amount of power, a degree of deterioration, a state of charge, and the like based on the voltage and current values of the battery 140.
  • the controller 130 corrects a value that is a reference value for overcharging, overdischarging, etc. of the battery 140 based on the calculated information on the remaining power amount, deterioration degree, and state of charge of the battery 140, or displays the information on an external display.
  • the information may be provided to the user by being displayed in an inequality.
  • the charge / discharge switch is closed under the control of the controller 130.
  • the charge / discharge switch is disposed on a path through which the charge and discharge currents of the battery 140 flow so that the flow of the charge and discharge currents of the battery 140 is stopped when the charge and discharge switch is opened under the control of the controller 130.
  • the charge / discharge switch may be composed of a transistor or a relay.
  • the charge / discharge switch may be configured as a FET switch including a parasitic diode.
  • the parasitic diode of the charge switch has a forward direction in which the discharge current of the battery 140 flows
  • the parasitic diode of the discharge switch has a forward direction in which the charge current of the battery 140 flows.
  • the charge switch is turned off and the discharge switch is turned on
  • the flow of the charging current of the battery 140 is blocked, but the discharge current of the battery 140 is parasitic of the discharge switch and the charging switch.
  • the charge switch is turned on and the discharge switch is turned off, the flow of the discharge current of the battery 140 is blocked, but the charge current of the battery 140 is the parasitic diode of the charge switch and the discharge switch. Can flow through.
  • the external terminal of the battery module 103 may be connected to an external load device or a charger, or may be connected in parallel or in series with another battery module 103.
  • a plurality of battery modules 103 may be provided, and the plurality of battery modules 103 may be connected in series, parallel, or a mixture of series and parallel so as to have a required voltage and power storage capacity.
  • the controller 130 of any one of the battery modules 103 may be configured to control the controller 130 of the remaining battery modules 103.
  • the controller 130 that controls the controller 130 of the remaining battery module 103 is defined as a master controller 131, and the controller 130 controlled by the master controller 131 is slave controllers 133. To be defined).
  • FIG. 2 is a view schematically showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 includes a master controller 131 and a plurality of slave controllers 133.
  • the slave controllers 133a to 133d acquire information about the voltage and current of the battery 140, and obtain information about the voltage and current of the obtained battery 140. Based on the state of the battery 140, such as the state of charge of the battery 140 can be detected.
  • the slave controllers 133a to 133d may be controlled according to the control signal of the master controller 131 or transmit a response signal in response to the control signal of the master controller 131 to the master controller 131.
  • the slave controllers 133a to 133d may transmit the information to the master controller 131 at the request of the master controller 131.
  • the response signal is the slave controller 133 receives the request signal from the master controller 131, the information on the information on the voltage and current of the battery 140 or the status of the battery 140 It may include.
  • the master controller 131 may determine the charging state, deterioration degree, etc. of each of the batteries 140 based on the information on the voltage and current of the battery 140 transmitted by the slave controllers 133a to 133d.
  • the master controller 131 may transmit a control signal related to control of charging and discharging of the slave controllers 133a to 133d based on information transmitted by the slave controllers 133a to 133d.
  • the master controller 131 and the plurality of slave controllers 133 may transmit and receive a control signal and a response signal through one communication line 230.
  • Each of the master controller 131 and the plurality of slave controllers 133 is not connected to each communication line 230 but is connected through one communication line 230.
  • each of the plurality of slave controllers 133 has a corresponding identifier set, and the master controller 131 includes an identifier corresponding to the slave controller to be controlled in a control signal so that only a predetermined slave controller is controlled.
  • the control signal may be output to the communication line 230 so that the control signal may be transmitted.
  • the master controller 131 and the plurality of slave controllers 133 may use a controller are network (CAN) communication protocol using the communication line 230.
  • CAN network
  • the present invention is not limited thereto, and any communication protocol for transmitting data or commands using a bus line may be applicable.
  • FIG 3 is a view schematically showing a communication cable according to an embodiment of the present invention.
  • the communication cable 200 may provide a communication line 230 by electrically connecting the master controller 131 and the slave controllers 133a to 133d with each other, as described with reference to FIG. 2. .
  • the communication cable 200 is connected to the first port 210 and the slave controllers 1 connected to the master controller 131 on one line such that the master controller 131 is connected to the slave controllers 133a to 133d in one line.
  • Second ports 220a to 220d connected to the respective 133a to 133d are formed.
  • the communication cable 200 is provided with a first port 210 and a plurality of second ports 220.
  • the communication cable 200 has a master controller 131 connected to the first port 210, and the plurality of second ports 220 are connected to the plurality of slave controllers 133, respectively.
  • the communication cable 200 provides one communication line 230 between the master controller 131 connected to the first port 210 and the plurality of slave controllers 133 connected to each of the second port 220.
  • the master controller 131 controls each of the plurality of slave controllers 133 by using one communication line 230.
  • the communication cable 200 further includes an identification terminal for providing an identification signal separate from the communication line 230 to the first port 210.
  • the identification terminal includes a plurality of identification pins arranged in a predetermined arrangement order.
  • the identification terminal is electrically connected to at least two of the identification pins of the plurality of identification pins to output an identification signal corresponding to the number of the second ports 220.
  • the identification terminal is manufactured by identifying predetermined identification pins electrically connected to each other among the plurality of identification pins according to the number of second ports formed in the communication cable 200. In this case, the identification terminal may output identification signals, which are various electrical signals, by changing the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other.
  • the identification terminal includes a plurality of identification pins, at least two of the plurality of identification pins are electrically connected to each other in the communication cable 200, and the remaining terminals are open.
  • the identification terminal may output different voltages between the identification pins electrically connected to each other and the identification pins not electrically connected to each other, and the master controller 131 may detect the identification signal. .
  • the master controller sets the identification pins electrically connected to each other as 1,
  • the remaining identification pins may be defined as 0 to detect 111000 identification signals binarized according to the arrangement order of the electrically connected first to third identification pins.
  • the master controller 131 may transmit a control signal to a plurality of slave controllers 133 connected to each of the plurality of second ports 220a to 220d through the communication line 230.
  • the master controller 131 applies a control signal including an identifier corresponding to a predetermined slave controller to be controlled among the plurality of slave controllers 133a to 133d to control only a predetermined slave controller corresponding to the identifier.
  • each of the slave controllers 133a to 133d has a separate identifier set in advance, and the master controller 131 includes a control including an identifier corresponding to the slave controller to be controlled among the slave controllers 133a to 133d.
  • the master controller 131 outputs a control signal including information on an identifier corresponding to the slave controller to be controlled among the slave controllers 133a to 133d to the first port 210. Even if the control signal output from the master controller 131 is transmitted to the slave controllers 133a to 133d, only the slave controller corresponding to the identifier included in the control signal may be controlled in response to the control signal. That is, even when the master controller 131 and the slave controllers 133a to 133d are connected by one communication line 230, the master controller 131 may control only a specific slave controller by using the identifier. On the other hand, any method in which the master controller 131 can control a predetermined slave controller to be controlled among the slave controllers 133a to 133d by one communication line 230 may be applied. The idea of the present invention is not limited to the control method.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection relationship between a communication cable and a controller according to an embodiment of the present invention.
  • the communication cable 200 includes a first port 210 and second ports 220a and 220b, and the first port 210 and the second ports 220a and 220b communicate. And communication pins electrically connected to the line 230, the first port 210 includes an identification terminal 212 for generating a preset electrical signal.
  • Each of the second ports 220a and 220b includes first to fourth pins, respectively.
  • Adjacent slave controllers 133 are electrically connected to each other through the first to fourth pins to form one communication line 230.
  • the slave controller connected to any one second port 220b is connected to the first communication pin and the second communication pin and electrically connected to the adjacent slave controller 133a, and the third communication pin and the fourth communication.
  • the pin is electrically connected to another adjacent slave controller 133c (see FIG. 3). In this manner, the slave controllers 133a and 133b connected to the plurality of second ports 220 may be connected to one communication line 230.
  • the first port 210 is formed with two communication pins 211 which are electrically connected to the second ports 220a and 220b through one communication line to communicate with each other, and additionally, may generate an identification signal.
  • An identification terminal 212 including seven identification pins is further formed.
  • Each of the two communication pins 211 of the first port 210 is electrically connected to at least one of the first to fourth pins of the second port 220b so that the master controller 131 and the slave controllers 133a are electrically connected.
  • 133b is electrically connected to one communication line 230.
  • the number of identification pins included in the identification terminal is not limited to seven shown in FIG. 4, and may be several to several tens as necessary. However, for convenience of description, the identification terminal includes seven identification pins and will be described below.
  • the identification terminal 212 includes seven identification pins, and at least two or more pins of the seven identification pins are electrically connected to each other.
  • the identification signal may be configured as an electrical signal based on the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other among the seven identification pins. For example, when the identification pins electrically connected to each other are grounded and the remaining identification pins are open, the identification pins electrically connected to each other are in a low state, and the remaining identification pins are in a high impedance (Hi-z) state. In this case, the identification signal may provide an electrical signal that varies according to the arrangement order of the identification pins electrically connected to each other, to the master controller 131 connected to the identification terminal 212. That is, when the identification terminal 212 includes seven identification pins, the identification terminal 212 may output 128 different identification signals by varying the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other.
  • the seven identification pins may be electrically connected to each other, but are not electrically connected to the communication line 230 and the second ports 220a and 220b.
  • the identification terminal 212 when the identification terminal 212 is composed of four identification pins, when the first identification pin and the second identification pin are electrically connected, and the third identification pin and the fourth identification pin are open, The identification terminal 212 may output an identification signal in a low state, a third identification pin, and a fourth identification pin of a first identification pin and a second identification pin.
  • the master controller 131 may detect the identification signal according to the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other among the identification pins. In this case, the master controller 131 may detect the binarized electrical signal of 0011 as the identification signal.
  • the master controller 131 may detect the identification signal by identifying the identification pins electrically connected to each other among the seven identification pins of the identification terminal 212. At this time, the master controller 131 detects the identification signal based on the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other. For example, when the identification terminal 212 includes first to sixth identification pins in which the first identification pin, the third identification pin, and the fourth identification pin are electrically connected to each other, the master controller 131 may identify the first identification pin. It can be seen that the pin, the third identification pin and the fourth identification pin are electrically connected to each other. In this case, the master controller 131 may binarize the identification pins electrically connected to each other to 1 and the remaining identification pins to 0 as previously set. In this case, the master controller 131 may detect the binarization signal of 101100 as the identification signal.
  • the arrangement order and the number of identification pins electrically connected to each other according to the number of the plurality of second ports 220 are defined as combination information of the identification pins.
  • the master controller 131 may determine the combination information of the identification pins by measuring voltages of the plurality of identification pins and detecting the identification pins electrically connected to each other.
  • the combination information of the identification pins checked by the master controller is an identification signal
  • the database (DB) 160 including information on the number of the second ports 220 corresponding to the identification signal is stored in advance.
  • the database DB , 160 denotes two second ports 220 when the identification signal is 1000, three second ports 220 when the identification signal is 1001, and second ports 220 when the identification signal is 1100. ) Includes information on the correspondence between the identification signals such as four and the number of the second ports. That is, the master controller 131 detects an identification signal according to the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other among the first to fourth identification pins, and the master controller 131 of the second port 220 corresponding to the detected identification signal. The number may be obtained from the database 160.
  • the identification pins electrically connected to each other among the plurality of identification pins are grounded and the remaining identification pins are open.
  • each of the plurality of identification pins is in a state of zero or high impedance Hi-Z.
  • the master controller 131 may measure the voltage level of each pin to detect the identification signal by obtaining combination information of the identification pins, which are the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other. The master controller 131 obtains the number of second ports 220 corresponding to the detected identification signals from the database DB 160.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an internal configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 includes slave battery modules 103a to 103d, a master battery module 101, and a communication cable 200.
  • the communication cable 200 includes a first port 210, second ports 220a to 220d, and a communication line 230.
  • the battery pack 100 includes slave battery modules 103a to 103d in series, parallel, or a mixture of serial and parallel.
  • the battery pack 100 includes battery modules 103a to 103d connected in series or in parallel so as to have a rated power corresponding to the power consumption of the load to which the connection is intended. For example, when the power consumption of the electric bike that is the load is 3000W and the rated voltage is 100V, an appropriate number of battery modules 103 in the form of a mixture of series and parallel to properly output the power consumption and the rated voltage may be included. Can be.
  • Each of the slave battery modules 103a through 103d includes a corresponding slave controller among the slave controllers 133a through 133d.
  • Each of the slave controllers 133a to 133d may monitor the current and voltage of the corresponding battery, and the master controller 131 may control the slave controllers 133a to 133d.
  • the master battery module 101 may include a master controller 131 and a battery 140 or may include only the master controller 131. In the following description, it is assumed that the master battery module 101 includes only the master controller 131 for convenience of description.
  • the battery pack 100 includes a communication cable 200 providing one communication line 230.
  • the communication cable 200 includes a plurality of second ports 220a to 220d connected one-to-one with each of the first port 210 and the slave controllers 133a to 133d electrically connected to the master controller 131. Formed.
  • the master controller 131 is connected to the first port 210 to apply a control signal to the slave controllers 133a to 133d connected to each of the second ports 220a to 220d or to the slave controllers 133a to 133d. This may receive a response signal to pass.
  • the master controller 131 applies a control signal requiring a response signal to the slave controllers 133a to 133d through the communication line 230 when starting operation.
  • Each of the slave controllers 133a to 133d to which a control signal is applied outputs a response signal to the control signal through the communication line 230.
  • the master controller 131 may check the number of slave controllers 133a to 133d based on the received response signal. In this case, it can be assumed that the number of slave controllers 133a to 133d connected to the second ports 220a to 220d respectively correspond to the number of slave battery modules 103a to 103d included in the battery pack 100. In the following description, it is assumed that the number of slave controllers 133a to 133d and the number of slave battery modules 103a to 103d correspond to each other.
  • the slave controllers 133a to 133d are connected to the second ports 220a to 220d to receive a control signal of the master controller 131 applied to the first port 210.
  • Each of the slave controllers 133a to 133d is assigned a corresponding identifier.
  • the slave controller to which the identifier corresponding to the identifier included in the control signal applied by the master controller 131 is assigned among the slave controllers 133a to 133d is controlled in response to the control signal, and the remaining slave controllers are controlled. It is not controlled by the control signal.
  • the master controller 131 is connected to the communication line 230 to which the slave controllers 133a to 133d are electrically connected to each other through the first port 210. Furthermore, the master controller 131 further includes an identification terminal provided in the first port 210. It is electrically connected one-to-one with each of the plurality of identification pins 212). The identification terminal 212 may output an identification signal corresponding to the number of second ports 220 provided in the communication cable 200, and the master controller 131 detects and analyzes the identification signal. The number of two ports 220 may be recognized.
  • the master controller 131 measures voltage levels of each of the plurality of identification pins and detects identification pins electrically connected to each other among the plurality of identification pins.
  • the master controller 131 may detect an identification signal according to the number of identification pins and the arrangement order of the detected identification pins.
  • the master controller 131 of the second port 220 corresponding to the detected identification signal from the database (DB, 160) including information on the number of the corresponding second port 220 in accordance with the identification signal The number may be obtained from the database 160.
  • the master controller 131 compares the first number, which is the number of the plurality of slave controllers 133 electrically connected to the communication line 230, and the second number, which is the number of the second ports 220. To determine whether to proceed and stop charging and discharging the battery pack 100.
  • the master controller 131 detects the second number, which is the number of the second ports 220 corresponding to the identification signal, from the identification terminal 212, and the number of the plurality of slave controllers 133 through the communication line 230.
  • the first number of phosphorus is detected.
  • the master controller 131 compares the first number with the second number and charges and discharges the battery pack 100 when the first number and the second number correspond to each other. In contrast, the master controller 131 stops charging and discharging the battery pack 100 when the first number and the second number are different. For example, as shown in FIG. 5, the master controller may detect four first numbers and four second numbers.
  • the master controller 131 redetects the first number from time to time. It may be repeatedly determined whether the number corresponds to the second number. In this case, the master controller 131 may inform the external notification unit 150 that the wrong number of slave battery modules 103 are connected while stopping the charging and discharging of the battery pack 100. At this time, when the user connects the slave controllers 133 (or slave battery modules) corresponding to the second number later, the master controller 131 detects this and charges and discharges the battery pack 100. You can resume.
  • the master controller 131 stops the output of the battery pack 100 so that the battery module included in the battery pack 100 ( Damage and breakage due to excessive output of the 103 can be prevented.
  • the battery pack 100 is designed to supply the output according to the connection of the three slave battery modules 103 to the load at the rated output.
  • the battery pack 100 cannot supply an appropriate output to the load, and excessive output is required for the two slave battery modules 103.
  • damage and breakage may occur to the two slave battery modules 103.
  • the master controller 131 detects the number of slave battery modules 103 scheduled to be included in the battery pack 100 from the number of second ports 220 from the identification terminal 212. If the number of detected slave battery modules 103 (ie, the number of second ports) and the number of slave controllers 133 connected to the actual communication line 230 are different, the slaves included in the battery pack 100 may be used. Charging and discharging of the battery pack 100 may be stopped to protect the battery module 103 and the load.
  • the master controller 131 is connected to the predetermined slave battery modules 103 to a dedicated communication cable 200 formed with a second port 220 having a number corresponding to the number of predetermined battery modules 103. Only when charging and discharging of the battery pack 100 starts. Through this, the user may be prevented from arbitrarily changing the number and type of the slave battery module 103 so that the battery pack 100 has a value different from the output and voltage of the battery 140, the slave battery module It is possible to prevent the abnormal state of the slave battery modules 103 due to the change in the number and type of the 103.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of controlling charging and discharging of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 checks the number and arrangement order of the identification pins electrically connected to each other among the plurality of identification pins included in the identification terminal 212 ( S101).
  • the battery pack 100 may detect identification signals according to the number and arrangement order of the identified identification pins electrically connected to each other. For example, when the first to sixth identification pins are arranged in a preset arrangement order, and the first to third identification pins are electrically connected to each other, the battery pack 100 may adjust the voltage levels of the identification pins. By measuring, it may be confirmed that the first to third identification pins are electrically connected to each other, and the identification signal of the binarized 111000 may be detected (S103).
  • the battery pack 100 may obtain the number of the second ports 220 corresponding to the identification signal through the database DB 160 stored in advance.
  • the database (DB) 160 includes information on the number of the electrically connected identification pins and the number of the second ports 220 corresponding to the identification signals according to the arrangement order.
  • the identification terminal 212 includes first to fourth identification pins
  • the database (DB, 160) has two second ports 220 when the identification signal is 1000, Information on the correspondence between the number of second ports and the number of second ports such as three second ports 220 when the identification signal is 1001 and four second ports 220 when the identification signal is 1100. It includes.
  • the battery pack 100 may obtain the number of the second ports 220 corresponding to the detected identification signals from the database DB 160 stored in advance (S105).
  • the battery pack 100 compares the number of second ports 220 corresponding to the identification signal with the number of slave controllers 133 connected to the second port 220.
  • the number of slave controllers 133 connected to the second port 220 may be detected as the number of slave controllers 133 in response to the control signal of the master controller 131 through the communication line 230. (S107).
  • the battery pack 100 stops charging and discharging when the second number, which is the number of the second ports 220, and the first number, which is the number of slave controllers 133 connected to the second port 220, are different from each other. Or do not start.
  • the battery pack 100 determines that a predetermined number of suitable battery modules 103 are not currently connected and stops charging and discharging the battery 140 until the predetermined number of battery modules 103 are connected.
  • the battery pack 100 stops charging and discharging when the battery pack 100 is not capable of supplying stable power to an electrically connected load, thereby damaging the batteries 140 included in the battery pack 100 with excessive output, or By preventing the unintended output of the battery pack 100 according to an arbitrary design change of the load to the load, it is possible to ensure the safe use of the battery pack 100 and the stable power supply of the battery pack 100 (S109). ).
  • the first number and the second number are detected differently, so that the battery pack may stop charging and discharging the battery for safety.
  • the predetermined output may be supplied to the load electrically connected to the battery in a stable manner, and thus the battery pack 100 may start or resume charging and discharging (S111).

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Abstract

본 발명은 다양한 실시예에 따른 배터리 팩의 제어 방법 및 이에 의한 배터리 팩이 개시한다. 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 슬레이브 컨트롤러를 각각 포함하는 복수의 슬레이브 배터리 모듈, 상기 슬레이브 컨트롤러를 제어하는 마스터 컨트롤러를 포함하는 마스터 배터리 모듈, 및 상기 마스터 컨트롤러가 연결되는 제1 포트 및 상기 슬레이브 컨트롤러가 연결되는 복수의 제2 포트가 형성된 통신 케이블을 포함하고, 상기 제1 포트는 상기 제2 포트의 개수에 대응하는 전기적 신호인 식별 신호를 출력하는 식별 단자를 더 포함하는 배터리 팩 및 이를 제어하는 방법을 개시한다.

Description

배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법
본 발명은 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제어 방법에 관한 것이다.
휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 배터리는 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로와 함께 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리를 효율적으로 충전하기 위한 충전 방법 및 장치에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
배터리 팩은 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈 각각은 배터리의 관리를 위한 배터리의 충전 및 방전을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고 있다. 또한, 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈에 포함된 컨트롤러들을 제어하기 위한 마스터 컨트롤러를 포함할 수 있다.
한편, 배터리 팩은 연결되는 부하의 소비 전력 및 정격 전압을 고려하여 내부에 포함된 배터리 모듈들의 개수 및 연결관계가 미리 결정되어 있다. 그러나, 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈이 상기 미리 결정된 수보다 작은 경우에 배터리 팩은 부하에 적절한 전력을 공급할 수 없으며, 나아가 배터리 모듈에 무리한 출력을 요구하여 배터리 모듈의 안정성 및 수명에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 마스터 컨트롤러는 배터리 팩에 포함되기로 예정된 배터리 모듈의 개수를 미리 인식 및 예측할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마스터 컨트롤러가 연결이 예정된 복수의 슬레이브 컨트롤러의 개수를 전용 통신 케이블로부터 획득할 수 있고, 획득한 복수의 슬레이브 컨트롤러의 개수와 실제 연결된 슬레이브 컨트롤러의 개수가 상이하면 작동하지 않는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 슬레이브 컨트롤러를 각각 포함하는 복수의 슬레이브 배터리 모듈, 상기 슬레이브 컨트롤러를 제어하는 마스터 컨트롤러를 포함하는 마스터 배터리 모듈, 및 상기 마스터 컨트롤러가 연결되는 제1 포트 및 상기 슬레이브 컨트롤러가 연결되는 복수의 제2 포트가 형성된 통신 케이블을 포함하고, 상기 제1 포트는 상기 제2 포트의 개수에 대응하는 전기적 신호인 식별 신호를 출력하는 식별 단자를 더 포함한다.
배터리 팩의 일 예에 따르면, 상기 마스터 컨트롤러는 식별 단자와 전기적으로 연결되면, 상기 식별 신호에 기초하여 상기 제2 포트의 개수를 검출하여 상기 배터리 팩에 포함되는 상기 배터리 모듈의 개수를 미리 인식하는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 마스터 컨트롤러는 상기 제2 포트에 연결된 슬레이브 컨트롤러의 개수를 검출하고, 상기 검출된 슬레이브 컨트롤러 개수와 상기 식별 단자에 따른 상기 제2 포트의 개수가 상이하면, 작동을 중단하는 것을 특징한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 식별 단자는 복수의 식별핀들을 포함하고, 상기 식별 신호는 상기 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 전기적 신호인 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 통신 케이블은 상기 식별 단자의 복수의 식별핀들 중 적어도 둘의 식별핀을 서로 전기적으로 연결시켜 제작되는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 마스터 컨트롤러는 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따라 대응되는 상기 제2 포트의 개수에 대한 정보를 포함하는 데이터 베이스를 미리 저장하고 있는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 마스터 컨트롤러는, 상기 식별 단자와 전기적으로 연결되면, 서로 전기적으로 연결된 상기 식별핀들의 개수 및 배열 순서를 검출하고, 상기 데이터 베이스로부터 대응하는 제2 포트의 개수를 획득하는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결되지 않은 식별핀은 개방되고, 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들은 그라운드되어 있는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 다른 예에 따르면, 상기 마스터 컨트롤러의 제어에 의해 알림 신호를 발생하는 알림부를 더 포함하고, 상기 마스터 컨트롤러는 상기 제2 포트의 개수와 상응한 개수의 상기 슬레이브 컨트롤러가 연결되지 않았으면 알림부가 알림 신호를 발생하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법은 상기 마스터 컨트롤러와 연결되는 제1 포트 및 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각과 연결되는 복수의 제2 포트가 형성된 통신 케이블의 상기 제1 포트에 구비된 식별 단자로부터 식별 신호를 수신 받아 상기 제2 포트의 개수를 검출하는 단계, 상기 제2 포트에 연결된 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수를 검출하는 단계, 상기 제2 포트의 개수와 상기 제2 포트에 연결된 슬레이브 컨트롤러의 개수를 비교하여 상기 배터리 팩의 작동 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
배터리 팩의 제어 방법의 일 예에 따르면, 상기 배터리 팩의 작동 여부를 결정하는 단계는, 상기 제2 포트의 개수와 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수가 상이하면 상기 배터리 팩의 작동을 중단하는 단계를 더 포함한다.
배터리 팩의 제어 방법의 다른 예에 따르면, 상기 배터리 팩의 충전 및 방전 여부를 결정하는 단계는, 상기 제2 포트의 개수와 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수가 상응하면, 상기 배터리 팩의 작동을 재개하는 단계를 더 포함한다.
배터리 팩의 제어 방법의 다른 예에 따르면, 상기 제1 포트는 복수의 식별핀들을 구비하고 상기 식별 신호를 출력하는 식별 단자를 포함하고, 상기 식별 신호는 상기 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 전기적 신호인 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 제어 방법의 다른 예에 따르면, 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서는 상기 제2 포트의 개수에 따라 결정된 것을 특징으로 한다.
배터리 팩의 제어 방법의 다른 예에 따르면, 상기 제2 포트의 개수를 검출하는 단계는, 상기 식별 신호에 따른 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서를 확인하는 단계, 및 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 대응하는 제2 포트의 개수를 검출하는 단계를 더 포함한다.
배터리 팩의 제어 방법의 다른 예에 따르면, 상기 제2 포트의 개수와 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수가 상이하면 외부로 알림 신호를 출력하는 단계를 더 포함한다.
다양한 실시예에 따른 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법은 마스터 컨트롤러가 전용 통신 케이블로부터 연결될 슬레이브 컨트롤러의 개수를 미리 예측할 수 있고, 예측된 슬레이브 컨트롤러의 개수와 실제 연결된 슬레이브 컨트롤러 개수가 상이하면 작동을 중단하여 예측된 슬레이브 컨트롤러의 개수와 상이한 슬레이브 컨트롤러가 연결됨에 따른 배터리 팩의 출력 불안정 및 배터리 팩에 포함된 배터리의 과도한 출력에 따른 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 케이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 케이블 및 컨트롤러 간의 연결 관계를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 실시예에 따른 배터리 팩의 제어 방법 및 이에 의한 배터리 팩이 개시한다. 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 슬레이브 컨트롤러를 각각 포함하는 복수의 슬레이브 배터리 모듈, 상기 슬레이브 컨트롤러를 제어하는 마스터 컨트롤러를 포함하는 마스터 배터리 모듈, 및 상기 마스터 컨트롤러가 연결되는 제1 포트 및 상기 슬레이브 컨트롤러가 연결되는 복수의 제2 포트가 형성된 통신 케이블을 포함하고, 상기 제1 포트는 상기 제2 포트의 개수에 대응하는 전기적 신호인 식별 신호를 출력하는 식별 단자를 더 포함하는 배터리 팩 및 이를 제어하는 방법을 개시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈(103)은 충방전 스위치(120), 배터리(140), 컨트롤러(130)를 포함한다.
배터리(140)는 전력을 저장하는 부분으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(141)을 포함한다. 배터리(140)에 하나의 배터리 셀(141)이 포함되거나, 복수의 배터리 셀(141)들이 포함될 수 있으며, 배터리 셀(141)들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결될 수 있고, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(140)에 포함되는 배터리 셀(141)들의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량에 따라서 결정될 수 있다.
배터리 셀(141)은 충전이 가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(141)은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery) 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(130)는 배터리(140)의 전압 및 전류를 모니터링하여 배터리(140)의 상태를 분석하고, 분석된 배터리(140)의 상태에 기초하여 배터리(140)의 충전 및 방전을 제어할 수 있는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 컨트롤러(130)는 모니터링된 배터리(140)의 상태에 기초하여 배터리(140)의 과충전, 과방전, 과전류, 과전압, 과열 등의 우려가 있는 경우 배터리(140)를 보호하기 위해 배터리(140)의 충전 및 방전을 중단시킬 수 있다. 즉, 컨트롤러(130)는 배터리(140)에 과충전, 과방전, 과전류 및 고온 등과 같이 배터리(140)가 손상될 우려가 있는 상황이 감지되면, 충전 및 방전 스위치 중 적어도 하나를 개방하여 배터리(140)의 충전 및 방전을 중단시킬 수 있다.
또한, 컨트롤러(130)는 배터리(140)의 전압 및 전류 값에 기초하여 잔여 전력량, 열화 정도, 충전 상태 등을 연산하여 산출할 수 있다. 컨트롤러(130)는 산출된 배터리(140)의 잔여 전력량, 열화 정도 및 충전 상태에 대한 정보에 기초하여 배터리(140)의 과충전, 과방전 등에 기준이 되는 값을 보정하거나, 상기 정보들을 외부의 디스플레이부등에서 표시되도록하여 사용자에게 상기 정보들을 제공할 수 있다.
충방전 스위치는 컨트롤러(130)의 제어에 따라 걔폐된다. 충방전 스위치는 컨트롤러(130)의 제어에 의해 개방되면 배터리(140)의 충전 및 방전 전류의 흐름이 중단되도록, 배터리(140)의 충전 및 방전 전류가 흐르는 경로 상에 배치된다. 충방전 스위치는 트랜지스터 또는 릴레이로 구성될 수 있다.
예를 들면, 충방전 스위치는 기생 다이오드를 포함하는 FET 스위치로 구성될 수 있다. 충전 스위치의 기생 다이오드는 배터리(140)의 방전 전류가 흐르는 방향이 순방향이 되며, 방전 스위치의 기생 다이오드는 배터리(140)의 충전 전류가 흐르는 방향이 순방향이 된다. 이 경우, 상기 충전 스위치가 턴 오프되고, 상기 방전 스위치가 턴 온되는 경우, 배터리(140)의 충전 전류의 흐름은 차단되나, 배터리(140)의 방전 전류는 상기 방전 스위치 및 상기 충전 스위치의 기생 다이오드를 통해 흐를 수 있다. 반대로, 상기 충전 스위치가 턴 온되고, 상기 방전 스위치가 턴 오프되는 경우, 배터리(140)의 방전 전류의 흐름은 차단되나, 배터리(140)의 충전 전류는 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 기생 다이오드를 통해 흐를 수 있다.
배터리 모듈(103)의 외부 단자는 외부의 부하 장치나 충전기와 연결되거나, 다른 배터리 모듈(103)과 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 배터리 모듈(103)은 복수개 구비될 수 있고, 상기 복수 개의 배터리 모듈(103)은 요청되는 전압 및 전력 저장 용량을 갖도록 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬이 혼합된 형태로 연결될 수 있다.
이 경우, 복수의 배터리 모듈(103)들 중 어느 하나의 배터리 모듈(103)의 컨트롤러(130)가 나머지 배터리 모듈(103)의 컨트롤러(130)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 나머지 배터리 모듈(103)의 컨트롤러(130)를 제어하는 컨트롤러(130)를 마스터 컨트롤러(131)라 정의하고, 마스터 컨트롤러(131)에 의해 제어되는 컨트롤러(130)를 슬레이브 컨트롤러들(133)로 정의한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(100)은 마스터 컨트롤러(131), 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133)를 포함한다.
슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)는 도 1을 참조하여 설명한 컨트롤러(130)와 같이, 배터리(140)의 전압 및 전류에 대한 정보를 획득하고, 상기 획득한 배터리(140)의 전압 및 전류의 정보에 기초하여 배터리(140)의 충전 상태 등 배터리(140)의 상태를 검출할 수 있다. 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)은 마스터 컨트롤러(131)의 제어 신호에 따라 제어되거나, 마스터 컨트롤러(131)의 제어 신호에 응답하는 응답 신호를 마스터 컨트롤러(131)에 전송할 수 있다.
상기 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)은 마스터 컨트롤러(131)의 요청이 있는 경우 상기 정보들을 마스터 컨트롤러(131)에 전송할 수 있다. 상기 응답 신호는 슬레이브 컨트롤러들(133)이 마스터 컨트롤러(131)로부터 요청 신호를 인가받고, 대응하는 배터리(140)의 전압 및 전류에 대한 정보에 대한 정보 또는 배터리(140)의 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다.
마스터 컨트롤러(131)는 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)이 전송한 배터리(140)에 대한 전압 및 전류에 대한 정보에 기초하여 각 배터리(140)들의 충전 상태, 열화 정도 등을 판단할 수 있다. 마스터 컨트롤러(131)는 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)이 전송한 정보에 기초하여 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)의 충전 및 방전의 제어와 관련된 제어 신호를 전송할 수 있다.
일 실시예에 따르면 마스터 컨트롤러(131)와 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133)은 하나의 통신 라인(230)을 통해 제어 신호 및 응답 신호를 송수신할 수 있다. 마스터 컨트롤러(131)와 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133) 각각은 개별적인 통신 라인(230)으로 연결되어 있지 않고, 하나의 통신 라인(230)을 통해 연결되어 있다. 이 경우, 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133) 각각은 대응되는 식별자가 설정되어 있고, 마스터 컨트롤러(131)는 제어 대상이 되는 슬레이브 컨트롤러에 해당하는 식별자를 제어 신호에 포함시켜 소정의 슬레이브 컨트롤러만이 제어되도록 제어 신호를 통신 라인(230)에 출력할 수 있다. 예를 들면, 마스터 컨트롤러(131)와 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133)은 통신 라인(230)을 이용하여 CAN(controller are network) 통신 프로토콜을 사용할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 버스 라인을 사용하여 데이터나 명령을 전송하는 통신 프로토콜이라면 모두 적용 가능할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 케이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 통신 케이블(200)은 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 마스터 컨트롤러(131)와 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)을 서로 전기적으로 연결해주어 통신 라인(230)을 제공할 수 있다. 통신 케이블(200)은 하나의 라인으로 마스터 컨트롤러(131)가 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)과 연결되도록 하나의 라인에 마스터 컨트롤러(131)와 연결되는 제1 포트(210)와 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 각각에 연결되는 제2 포트들(220a 내지 220d)이 형성되어 있다.
통신 케이블(200)은 제1 포트(210) 및 복수의 제2 포트(220)가 구비되어 있다. 통신 케이블(200)은 제1 포트(210)에 마스터 컨트롤러(131)가 연결되고, 복수의 제2 포트(220)는 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133)과 각각 연결된다. 통신 케이블(200)은 제1 포트(210)에 연결된 마스터 컨트롤러(131)와 제2 포트(220) 각각에 연결된 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133) 간의 하나의 통신 라인(230)을 제공한다. 이 경우, 마스터 컨트롤러(131)는 하나의 통신 라인(230)을 이용하여 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133) 각각을 제어한다.
통신 케이블(200)은 제1 포트(210)에 상기 통신 라인(230)과 별도의 식별 신호를 제공할 수 있는 식별 단자를 더 포함한다. 상기 식별 단자는 미리 설정된 배열 순서로 배열된 복수의 식별핀들을 포함한다. 상기 식별 단자는 제2 포트(220)의 개수에 대응한 식별 신호를 출력하도록 복수의 식별핀 중 적어도 둘의 식별핀들이 전기적으로 연결되어 있다. 상기 식별 단자는 통신 케이블(200)에 형성되는 제2 포트의 개수에 따라 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결되는 식별핀이 미리 결정되어 제작된다. 이 경우, 상기 식별 단자는 서로 전기적 연결되는 식별핀들의 개수 및 배열 순서 등을 변경하여 다양한 전기적 신호인 식별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 상기 식별 단자는 복수의 식별핀을 포함하고 있고, 상기 복수의 식별핀들 중 적어도 둘 이상은 통신 케이블(200) 내부에서 서로 전기적으로 연결되어 있고, 나머지 단자들은 개방되어 있다. 이 경우, 상기 식별 단자는 서로 전기적으로 연결된 식별핀들과 서로 전기적으로 연결되지 않은 식별핀들 간에 서로 상이한 전압이 출력되도록 할 수 있고, 이를 마스터 컨트롤러(131)가 감지하여 상기 식별 신호를 검출할 수 있다.
또한, 미리 설정된 배열 순서로 제1 식별핀 내지 제6 식별핀이 배열되어 있고, 제1 식별핀 내지 제3 식별핀이 서로 전기적으로 연결된 경우, 마스터 컨트롤러는 서로 전기적으로 연결된 식별핀들을 1로, 나머지 식별핀들을 0으로 정의하여, 상기 전기적으로 연결된 제1 식별핀 내지 제3 식별핀의 상기 배열 순서에 따라 2진화된 111000의 식별 신호를 검출할 수도 있다.
마스터 컨트롤러(131)는 상기 통신 라인(230)을 통해 복수의 제2 포트(220a 내지 220d)들 각각에 연결된 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133)에 제어 신호를 전달할 수 있다. 마스터 컨트롤러(131)는 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 중 제어 대상이 되는 소정의 슬레이브 컨트롤러에 대응하는 식별자를 포함하는 제어 신호를 인가하여, 상기 식별자에 대응하는 소정의 슬레이브 컨트롤러만을 제어할 수 있다. 즉, 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 각각은 별도의 식별자가 미리 설정되어 있고, 마스터 컨트롤러(131)는 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 중 제어 대상이 되는 슬레이브 컨트롤러에 대응하는 식별자가 포함되는 제어 신호를 출력하여 하나의 통신 라인(230)으로도 제어 대상이 되는 슬레이브 컨트롤러만 제어되도록 할 수 있다.
구체적으로, 마스터 컨트롤러(131)는 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 중 제어 대상이 되는 슬레이브 컨트롤러에 대응하는 식별자에 대한 정보를 포함한 제어 신호를 제1 포트(210)로 출력한다. 상기 마스터 컨트롤러(131)가 출력하는 제어 신호가 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)에 전달되더라도, 상기 제어 신호에 포함된 식별자에 대응되는 슬레이브 컨트롤러만이 상기 제어 신호에 응답하여 제어될 수 있다. 즉, 마스터 컨트롤러(131)와 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)이 하나의 통신 라인(230)으로 연결되더라도, 마스터 컨트롤러(131)는 상기 식별자를 이용하여 특정 슬레이브 컨트롤러만 제어되도록 할 수 있다. 한편, 마스터 컨트롤러(131)가 하나의 통신 라인(230)으로 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 중 제어 대상이 되는 소정의 슬레이브 컨트롤러를 제어할 수 있는 모든 방법이 적용될 수 있으며, 상기 제시한 식별자에 의한 제어 방법으로 본 발명의 사상이 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 케이블 및 컨트롤러 간의 연결관계를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 통신 케이블(200)은 제1 포트(210) 및 제2 포트들(220a, 220b)을 포함하고, 제1 포트(210) 및 제2 포트들(220a, 220b)은 통신 라인(230)과 전기적으로 연결된 통신 핀들을 포함하고, 제1 포트(210)는 미리 설정된 전기적 신호를 발생하는 식별 단자(212)를 포함한다.
제2 포트들(220a, 220b) 각각은 제1 핀 내지 제4핀을 각각 포함하고 있다. 상기 제1 내지 제4 핀들을 통해 인접한 슬레이브 컨트롤러들(133)들이 서로 전기적으로 연결되어 하나의 통신 라인(230)을 형성한다. 예를 들면, 어느 한 제2 포트(220b)에 연결된 슬레이브 컨트롤러는 제1 통신핀 및 제2 통신핀과 연결되어 인접하는 슬레이브 컨트롤러(133a)와 전기적으로 연결되고, 제3 통신핀 및 제4 통신핀을 통해 다른 인접하는 슬레이브 컨트롤러(133c, 도3 참조)와 전기적으로 연결된다. 이러한 방식으로 복수의 제2 포트(220)에 연결된 슬레이브 컨트롤러들(133a, 133b)은 하나의 통신 라인(230)에 연결될 수 있다.
제1 포트(210)는 제2 포트들(220a, 220b)과 하나의 통신 라인으로 전기적으로 연결되어 통신을 할 수 있는 2개의 통신 핀들(211)이 형성되고, 추가적으로, 식별 신호를 발생할 수 있는 7개의 식별핀들을 포함하는 식별 단자(212)가 더 형성되어 있다. 제1 포트(210)의 2개의 통신 핀들(211) 각각은 상기 제2 포트(220b)의 제1 핀 내지 제4 핀 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 마스터 컨트롤러(131)와 슬레이브 컨트롤러들(133a, 133b)과 하나의 통신 라인(230)으로 전기적으로 연결된다. 한편, 식별 단자에 포함되는 식별핀들의 개수는 도 4에 도시된 7개로 제한되지 않으며, 필요에 따라 수개 내지 수십 개일 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 식별 단자가 7개의 식별핀을 포함하고 있는 것으로 이하에서는 설명한다.
식별 단자(212)는 7개의 식별핀들을 포함하고, 상기 7개의 식별핀들 중 적어도 둘 이상의 핀들이 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 식별 신호는 상기 7개의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 의한 전기적 신호로 구성될 수 있다. 예를 들면, 서로 전기적으로 연결된 식별핀들이 그라운드되고 나머지 식별핀들이 개방된 경우, 서로 전기적으로 연결된 식별핀들은 로우(Low) 상태이고, 나머지 식별핀들은 하이 임피던스(Hi-z) 상태이다. 이때, 식별 신호는 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 배열 순서에 따라 달라지는 전기적 신호를 식별 단자(212)와 연결된 마스터 컨트롤러(131)에 제공할 수 있다. 즉, 식별 단자(212)가 7개의 식별핀들을 포함하는 경우, 식별 단자(212)는 서로 전기적으로 연결되는 식별핀들의 개수 및 배열 순서를 달리하여 128개의 다양한 식별 신호를 출력할 수 있다.
한편, 상기 7개의 식별핀들 서로 전기적으로 연결될 수 있으나 통신 라인(230) 및 제2 포트들(220a, 220b)과 전기적으로 연결되지 않는다.
예를 들면, 식별 단자(212)가 4개의 식별핀들로 구성된 경우, 제1 식별핀 및 제2 식별핀이 전기적으로 연결되어 있고, 제3 식별핀 및 제4 식별핀이 개방된 상태인 경우, 상기 식별 단자(212)는 제1 식별핀 및 제2 식별핀에서 로우 상태, 제3 식별핀 및 제4 식별핀은 하이 상태인 식별 신호를 출력할 수 있다. 이때, 마스터 컨트롤러(131)는 상기 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 상기 식별 신호를 검출할 수 있다. 이 경우, 마스터 컨트롤러(131)는 0011의 이진화된 전기적 신호를 상기 식별 신호로 검출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 마스터 컨트롤러(131)는 식별 단자(212)의 7개의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들을 확인하여 상기 식별 신호를 검출할 수 있다. 이때, 마스터 컨트롤러(131)는 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 기초하여 상기 식별 신호를 검출한다. 예컨대, 식별 단자(212)가 제1 식별핀, 제3 식별핀 및 제4 식별핀이 서로 전기적으로 연결된 제1 식별핀 내지 제6 식별핀을 포함하는 경우, 마스터 컨트롤러(131)는 제1 식별핀, 제3 식별핀 및 제4 식별핀들이 서로 전기적으로 연결된 것을 확인할 수 있다. 이 때, 마스터 컨트롤러(131)는 미리 설정된 바에 따라 서로 전기적으로 연결된 식별핀을 1로, 나머지 식별핀은 0으로 이진화할 수 있다. 이 경우, 마스터 컨트롤러(131)는 식별 신호로 101100의 이진화 신호를 검출할 수 있다.
한편, 복수의 제2 포트(220)의 개수에 따라 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 배열 순서 및 개수를 식별핀들의 조합 정보로 정의한다. 마스터 컨트롤러(131)는 상기 복수의 식별핀들의 전압 등을 측정하여 서로 전기적으로 연결된 식별핀들을 검출하여 상기 식별핀들의 조합 정보를 확인할 수 있다. 이때, 마스터 컨트롤러가 확인한 상기 식별핀들의 조합 정보가 식별 신호이고, 상기 식별 신호에 대응되는 제2 포트(220)의 개수에 대한 정보를 포함하는 데이터 베이스(DB, 160)를 미리 저장하고 있다.
예를 들면, 상기 식별 단자가 4개의 식별핀을 포함하고, 마스터 컨트롤러(131)가 서로 전기적으로 연결된 식별핀을 1로, 나머지 식별핀을 0으로 식별 신호를 검출하는 경우, 상기 데이터 베이스(DB, 160)는 상기 식별 신호가 1000일 때에 제2 포트(220)가 2개, 상기 식별 신호가 1001일 때 제2 포트(220)가 3개, 상기 식별 신호가 1100일 때 제2 포트(220)가 4개 등의 상기 식별 신호와 제2 포트의 개수 간의 대응관계에 대한 정보를 포함하고 있다. 즉, 마스터 컨트롤러(131)는 제1 내지 제4 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 식별 신호를 검출하고, 상기 검출된 식별 신호에 대응되는 제2 포트(220)의 개수를 데이터 베이스(DB, 160)로부터 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들은 그라운드되어 있고 나머지 식별핀들은 개방되어 있다. 이 경우, 복수의 식별핀들 각각은 0 또는 하이 임프던스(Hi-Z)의 상태이다. 이때, 마스터 컨트롤러(131)는 각 핀들의 전압 레벨을 측정하여 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서인 상기 식별핀들의 조합 정보를 획득하여 상기 식별 신호를 검출할 수 있다. 마스터 컨트롤러(131)는 상기 검출된 식별 신호에 대응되는 제2 포트(220)의 개수를 데이터 베이스(DB, 160)로부터 획득한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩(100)은 슬레이브 배터리 모듈들(103a 내지 103d), 마스터 배터리 모듈(101), 통신 케이블(200)을 포함한다. 통신 케이블(200)은 제1 포트(210), 제2 포트들(220a 내지 220d) 및 통신 라인(230)을 포함한다.
배터리 팩(100)은 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태의 슬레이브 배터리 모듈들(103a 내지 103d)을 포함한다. 배터리 팩(100)은 연결이 예정된 부하의 소비 전력에 대응한 정격 전력을 갖도록 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 모듈들(103a 내지 103d)을 포함한다. 예컨대, 상기 부하인 전기 바이크의 소비 전력이 3000W이고 정격 전압을 100V인 경우, 상기 소비 전력 및 정격 전압을 적절하게 출력하도록 직렬과 병렬이 혼합한 형태의 적정 수의 배터리 모듈(103)을 포함할 수 있다.
상기 슬레이브 배터리 모듈들(103a 내지 103d) 각각은 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 중 대응되는 슬레이브 컨트롤러를 포함한다. 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 각각은 대응하는 배터리의 전류 및 전압을 모니터링하고, 마스터 컨트롤러(131)는 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)를 제어할 수 있다. 마스터 배터리 모듈(101)은 마스터 컨트롤러(131) 및 배터리(140)를 포함하거나 마스터 컨트롤러(131)만 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 마스터 배터리 모듈(101)은 마스터 컨트롤러(131)만을 포함한 것으로 가정하여 설명한다.
배터리 팩(100)은 하나의 통신 라인(230)을 제공하는 통신 케이블(200)을 포함한다. 상기 통신 케이블(200)은 마스터 컨트롤러(131)가 전기적으로 연결되는 제1 포트(210)와 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 각각과 일대일로 연결되는 복수의 제2 포트들(220a 내지 220d)가 형성되어 있다. 마스터 컨트롤러(131)는 제1 포트(210)에 연결되어, 제2 포트들(220a 내지 220d) 각각에 연결된 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)에 제어 신호를 인가하거나 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)이 전달하는 응답 신호를 수신받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 마스터 컨트롤러(131)는 작동을 시작할 때에 상기 통신 라인(230)을 통해 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)에 응답 신호를 요하는 제어 신호를 인가한다. 제어 신호가 인가된 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 각각은 상기 제어 신호에 대한 응답신호를 상기 통신 라인(230)을 통해 출력한다. 마스터 컨트롤러(131)는 수신된 상기 응답 신호에 기초하여 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)의 개수를 확인할 수 있다. 이 때, 제2 포트(220a 내지 220d)에 각각 연결된 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)의 개수는 배터리 팩(100)에 포함된 슬레이브 배터리 모듈들(103a 내지 103d)의 개수와 상응하다고 가정할 수 있으며, 이하에서는 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)의 개수와 상기 슬레이브 배터리 모듈들(103a 내지 103d)의 개수가 상응한 것으로 가정하여 설명한다.
슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)은 제2 포트들(220a 내지 220d)에 연결되어 제1 포트(210)로 인가된 마스터 컨트롤러(131)의 제어 신호를 전달받는다. 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d) 각각은 대응하는 식별자가 부여되어 있다. 이 때, 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)들 중 마스터 컨트롤러(131)가 인가한 제어 신호에 포함된 식별자와 대응하는 식별자가 부여된 슬레이브 컨트롤러가 상기 제어 신호에 대응하여 제어되고, 나머지 슬레이브 컨트롤러는 상기 제어 신호에 제어되지 않는다.
마스터 컨트롤러(131)는 제1 포트(210)를 통해 슬레이브 컨트롤러들(133a 내지 133d)이 전기적으로 연결된 통신 라인(230)과 연결되며, 나아가, 제1 포트(210)에 추가적으로 구비된 식별 단자(212)의 복수의 식별핀들 각각과 일대일로 전기적으로 연결된다. 식별 단자(212)는 통신 케이블(200)에 구비된 제2 포트(220)의 개수와 대응하는 신호인 식별 신호를 출력할 수 있고, 마스터 컨트롤러(131)는 상기 식별 신호를 검출 및 분석하여 제2 포트(220)의 개수를 인식할 수 있다.
구체적으로, 마스터 컨트롤러(131)는 상기 복수의 식별핀들 각각의 전압 레벨을 측정하여, 상기 복수의 식별핀들 중 전기적으로 서로 연결된 식별핀들을 검출한다. 상기 마스터 컨트롤러(131)는 검출된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 식별 신호를 검출할 수 있다. 마스터 컨트롤러(131)는 상기 식별 신호에 따라 대응하는 제2 포트(220)의 개수에 대한 정보를 포함하는 데이터 베이스(DB, 160)로부터 상기 검출된 식별 신호에 대응하는 제2 포트(220)의 개수를 데이터 베이스(DB, 160)로부터 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 마스터 컨트롤러(131)는 통신 라인(230)에 전기적으로 연결된 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133)의 개수인 제1 개수와 제2 포트(220)의 개수인 제2 개수를 비교하여 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 진행 및 중단 여부를 결정한다. 마스터 컨트롤러(131)는 식별 신호에 대응하는 제2 포트(220)의 개수인 제2 개수를 식별 단자(212)로부터 검출하고, 상기 통신 라인(230)을 통해 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133) 개수인 제1 개수를 검출한다. 마스터 컨트롤러(131)는 상기 제1 개수와 상기 제2 개수를 비교하고, 상기 제1 개수와 상기 제2 개수가 서로 상응한 경우에 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 진행한다. 이와 달리, 마스터 컨트롤러(131)는 상기 제1 개수와 상기 제2 개수가 상이하면, 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 중단한다. 예컨대, 도 5에 도시된 바에 따르면, 마스터 컨트롤러는 4개의 제1 개수와 4개의 제2 개수를 검출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 마스터 컨트롤러(131)는 상기 제1 개수와 상기 제2 개수가 상이하여 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 중단할 후에, 수시로 상기 제1 개수를 재검출하여 상기 제1 개수가 상기 제2 개수에 상응한지 반복하여 판단할 수 있다. 이때, 마스터 컨트롤러(131)는 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 중단하면서 잘못된 개수의 슬레이브 배터리 모듈(103)이 연결되었다는 사실을 외부의 알림부(150)를 통해 알릴 수 있다. 이때, 사용자가 추후 제2 개수와 상응한 수의 슬레이브 컨트롤러들(133)(또는, 슬레이브 배터리 모듈)을 연결하면, 마스터 컨트롤러(131)는 이를 감지하여, 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 재개할 수 있다.
이와 같이, 마스터 컨트롤러(131)는 제2 포트(220)의 개수와 슬레이브 컨트롤러들(133)의 개수가 상이하면 배터리 팩(100)의 출력을 중단시켜 배터리 팩(100)에 포함된 배터리 모듈(103)의 과도한 출력에 따른 손상 및 파손을 방지할 수 있다.
예컨대, 통신 케이블(200)의 제2 포트(220)의 개수가 3개인 경우, 배터리 팩(100)은 3개의 슬레이브 배터리 모듈(103)의 연결에 따른 출력을 정격 출력으로 부하에 공급하도록 설계된다. 그러나, 사용자의 임의적 설계 변경 등에 의해 2개의 슬레이브 배터리 모듈(103)만이 연결된 경우, 배터리 팩(100)은 적절한 출력을 부하에 공급할 수 없고, 상기 2개의 슬레이브 배터리 모듈(103)에 과도한 출력이 요구되어 상기 2개의 슬레이브 배터리 모듈(103)에 손상 및 파손이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 미연에 방지하기 위해, 마스터 컨트롤러(131)는 제2 포트(220)의 개수로부터 배터리 팩(100)에 포함되도록 예정된 슬레이브 배터리 모듈(103)의 개수를 식별 단자(212)로부터 검출하여, 상기 검출된 슬레이브 배터리 모듈(103)의 개수(즉, 제2 포트의 개수)와 실제 통신 라인(230)에 연결된 슬레이브 컨트롤러들(133)의 개수가 상이하면 배터리 팩(100)에 포함된 슬레이브 배터리 모듈(103) 및 상기 부하를 보호하기 위해 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 중단할 수 있다.
다시 말하자면, 마스터 컨트롤러(131)는 미리 예정된 배터리 모듈(103)들의 수와 상응한 개수를 갖는 제2 포트(220)가 형성된 전용 통신 케이블(200)에 상기 미리 예정된 슬레이브 배터리 모듈(103)들이 연결된 경우에만 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 시작한다. 이를 통해, 사용자가 배터리 팩(100)이 요청되는 배터리(140)의 출력 및 전압과 다른 값을 갖도록 슬레이브 배터리 모듈(103)의 개수 및 종류를 임의로 설계 변경하는 것을 방지할 수 있고, 슬레이브 배터리 모듈(103)들의 개수 및 종류의 변경으로 인한 슬레이브 배터리 모듈(103)들의 이상 상태가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 팩(100)은 식별 단자(212)와 전기적으로 연결되면 식별 단자(212)에 포함된 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀의 개수 및 배열 순서를 확인한다(S101).
배터리 팩(100)은 확인된 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 식별 신호를 검출할 수 있다. 예컨대, 미리 설정된 배열 순서로 제1 식별핀 내지 제6 식별핀이 배열되어 있고, 제1 식별핀 내지 제3 식별핀이 서로 전기적으로 연결된 경우, 배터리 팩(100)은 상기 식별핀들의 전압 레벨을 측정하여, 제1 식별핀 내지 제3 식별핀이 서로 전기적으로 연결됨을 확인할 수 있고, 2진화된 111000의 식별 신호를 검출할 수 있다(S103).
배터리 팩(100)은 상기 식별 신호에 대응하는 제2 포트(220)의 개수를 미리 저장된 데이터 베이스(DB, 160)를 통해 획득할 수 있다. 데이터 베이스(DB, 160)는 상기 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 식별 신호에 대응되는 제2 포트(220)의 개수에 대한 정보를 포함한다. 예를 들면, 상기 식별 단자(212)가 제1 식별핀 내지 제4 식별핀을 포함하고, 상기 데이터 베이스(DB, 160)는 상기 식별 신호가 1000일 때에 제2 포트(220)가 2개, 상기 식별 신호가 1001일 때 제2 포트(220)가 3개, 상기 식별 신호가 1100일 때 제2 포트(220)가 4개 등의 상기 식별 신호와 제2 포트의 개수 간의 대응관계에 대한 정보를 포함한다. 이 경우, 배터리 팩(100)은 검출된 상기 식별 신호에 대응하는 제2 포트(220)의 개수를 미리 저장된 데이터 베이스(DB, 160)로부터 획득할 수 있다(S105).
배터리 팩(100)은 상기 식별 신호에 대응하는 제2 포트(220)의 개수와 제2 포트(220)에 연결된 슬레이브 컨트롤러들(133)의 개수를 비교한다. 제2 포트(220)에 연결된 복수의 슬레이브 컨트롤러들(133)의 개수는 통신 라인(230)을 통해 마스터 컨트롤러(131)의 제어 신호에 응답하는 슬레이브 컨트롤러들(133)의 개수로 검출될 수 있다(S107).
배터리 팩(100)은 상기 제2 포트(220)의 개수인 제2 개수와 상기 제2 포트(220)에 연결된 슬레이브 컨트롤러들(133)의 개수인 제1 개수가 서로 상이하면 충전 및 방전을 중단하거나, 시작하지 않는다. 배터리 팩(100)은 미리 예정된 수의 적절한 배터리 모듈(103)이 현재 연결되지 않은 것으로 판단하여 미리 예정된 수의 배터리 모듈(103)이 연결될 때까지 배터리(140)의 충전 및 방전을 중단한다. 이를 통해, 배터리 팩(100)은 전기적 연결된 부하에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 상태가 아닌 경우에 충전 및 방전을 중단하여 배터리 팩(100)에 포함된 배터리(140)들이 과도한 출력으로 손상되거나, 사용자의 임의적인 설계 변경에 따른 배터리 팩(100)의 의도하지 않은 출력이 부하에 전달되지 않도록 하여, 배터리 팩(100)의 안전한 사용 및 배터리 팩(100)의 안정적 전력 공급을 보장할 수 있다(S109).
또한, 슬레이브 컨트롤러에 이상이 발생하여 정상적으로 응답하지 못하는 경우에도, 상기 제1 개수와 제2 개수가 상이하게 검출되므로, 배터리 팩은 안전을 위해 배터리의 충전 및 방전을 중단할 수 있다.
이와 달리, 상기 제1 개수와 상기 제2 개수가 상응하면 예정된 출력을 안정적으로 전기적으로 연결된 상기 부하에 공급할 수 있으므로, 배터리 팩(100)은 충전 및 방전을 시작하거나 재개할 수 있다(S111).
본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 슬레이브 컨트롤러를 각각 포함하는 복수의 슬레이브 배터리 모듈;
    상기 슬레이브 컨트롤러를 제어하는 마스터 컨트롤러를 포함하는 마스터 배터리 모듈; 및
    상기 마스터 컨트롤러가 연결되는 제1 포트 및 상기 슬레이브 컨트롤러가 연결되는 복수의 제2 포트가 형성된 통신 케이블;을 포함하고,
    상기 제1 포트는 상기 제2 포트의 개수에 대응하는 전기적 신호인 식별 신호를 출력하는 식별 단자를 더 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는 상기 식별 단자와 전기적으로 연결되면, 상기 식별 신호에 기초하여 상기 제2 포트의 개수를 검출하여 상기 배터리 팩에 포함되는 상기 배터리 모듈의 개수를 미리 예측하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는 상기 제2 포트에 연결된 슬레이브 컨트롤러의 개수를 검출하고,
    상기 검출된 슬레이브 컨트롤러 개수와 상기 식별 단자에 따른 상기 제2 포트의 개수가 상이하면, 작동을 중단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 식별 단자는 복수의 식별핀들을 포함하고,
    상기 식별 신호는 상기 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 전기적 신호인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통신 케이블은 상기 식별 단자의 복수의 식별핀들 중 적어도 둘의 식별핀을 서로 전기적으로 연결시켜 제작되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따라 대응되는 상기 제2 포트의 개수에 대한 정보를 포함하는 데이터 베이스를 미리 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는, 상기 식별 단자와 전기적으로 연결되면, 서로 전기적으로 연결된 상기 식별핀들의 개수 및 배열 순서를 검출하고,
    상기 데이터 베이스로부터 대응하는 제2 포트의 개수를 획득하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결되지 않은 식별핀은 개방되고, 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들은 그라운드되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러의 제어에 의해 알림 신호를 발생하는 알림부;를 더 포함하고,
    상기 마스터 컨트롤러는 상기 제2 포트의 개수와 상응한 개수의 상기 슬레이브 컨트롤러가 연결되지 않았으면 상기 알림부가 알림 신호를 발생하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 복수의 배터리 모듈들을 포함하고, 상기 복수의 배터리 모듈들 각각에 포함된 슬레이브 컨트롤러 및 상기 슬레이브 컨트롤러를 제어하는 마스터 컨트롤러를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러와 연결되는 제1 포트 및 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각과 연결되는 복수의 제2 포트가 형성된 통신 케이블의 상기 제1 포트에 구비된 식별 단자로부터 식별 신호를 수신 받아 상기 제2 포트의 개수를 검출하는 단계;
    상기 제2 포트에 연결된 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수를 검출하는 단계; 및
    상기 제2 포트의 개수와 상기 제2 포트에 연결된 슬레이브 컨트롤러의 개수를 비교하여 상기 배터리 팩의 작동 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 작동 여부를 결정하는 단계는,
    상기 제2 포트의 개수와 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수가 상이하면 상기 배터리 팩의 작동을 중단하는 단계;를 더 포함하는 배터리 팩의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 작동 여부를 결정하는 단계는,
    상기 제2 포트의 개수와 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수가 상응하면, 상기 배터리 팩의 작동을 재개하는 단계;를 더 포함하는 배터리 팩의 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 식별 신호는 상기 복수의 식별핀들 중 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 따른 전기적 신호인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서는 상기 제2 포트의 개수에 따라 결정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 포트의 개수를 검출하는 단계는,
    상기 식별 신호에 따른 상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서를 확인하는 단계; 및
    상기 서로 전기적으로 연결된 식별핀들의 개수 및 배열 순서에 대응하는 제2 포트의 개수를 검출하는 단계;를 더 포함하는 배터리 팩의 제어 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 포트의 개수와 상기 슬레이브 컨트롤러의 개수가 상이하면 외부로 알림 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 배터리 팩의 제어 방법.
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