WO2020116905A1 - 배터리 제어 장치 - Google Patents

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WO2020116905A1
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transistor
voltage
gate
turned
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PCT/KR2019/016948
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최장혁
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery control device.
  • a battery management system generates a magnetic field when a current flows through a coil included in a relay, and a relay operates by the force of the magnetic field.
  • the relay is configured to include a coil that is energized or demagnetized, and a switch that is closed by a magnetic force when the coil is excited and opened when the coil is demagnetized.
  • a switch When such a switch is opened due to an abnormal condition of the battery, a reverse surge is generated in the coil, and this reverse electromotive force has a problem that can damage electronic components such as microcomputers and semiconductor devices constituting the battery system.
  • a freewheeling diode or a zener diode is used to cancel the counter electromotive force, but when such a diode is used, the number of parts of the battery system increases, thereby increasing the unit cost of the battery system.
  • the present invention is to overcome the above-described problems, and is intended to effectively cancel back electromotive force generated in the battery control device.
  • the present invention provides a battery control device, the battery control device, the first control terminal, the first sensing terminal connected to the first node, the second control terminal, the third control terminal, the second sensing terminal connected to the second node ,
  • An MCU including a fourth control terminal and sensing voltage changes of the first node and the second node;
  • a relay including a coil and a switch, connected between the first node and the second node;
  • a first reduction circuit composed of a second transistor including a second terminal connected to the second node, wherein the MCU turns on the first transistor when there is no voltage change of the first node. It is configured to control each of the first gate and the second gate so that the two transistors are turned off.
  • the MCU of the battery control apparatus when the voltage of the first node changes from the first voltage to the second voltage, the second gate to form a first path through the second transistor Control.
  • the MCU of the battery control apparatus when the voltage of the first node changes from the first voltage to the ground potential, controls the second gate to form a first path through the second transistor It is configured to.
  • the battery control device of the battery control device a third gate connected to the third control terminal, a first terminal connected to the first node and a second terminal connected to the second node And a second reduction circuit composed of three transistors, and a fourth transistor including a fourth gate connected to the fourth control terminal, a first terminal connected to the second node, and a second terminal connected to ground.
  • the MCU of the battery control apparatus if the voltage change of the second node, the third transistor is turned off, the third gate and the fourth gate so that the fourth transistor is off Each is configured to control.
  • the MCU of the battery control apparatus when the voltage of the second node changes from the second voltage to the first voltage, to form a second path through the third transistor, the first 3 Control the gate.
  • the MCU when there is no voltage change of the first node and the second node. It is configured to control the first gate to the fourth gate so that the first transistor and the fourth transistor are turned on and the second transistor and the third transistor are turned off.
  • the voltage of the first node changes from the first voltage to the second voltage
  • the voltage of the second node changes from the second voltage to the first voltage
  • the second gate and the third transistor are respectively controlled to form a third path through the second transistor and the third transistor.
  • the switch of the battery control device is turned on/off according to a magnetic field generated in the coil.
  • the first voltage of the battery control apparatus is a higher voltage than the second voltage.
  • the battery control system according to the present invention can effectively cancel back EMF.
  • 1 is a configuration of a battery control device according to an embodiment.
  • FIG. 2 shows a first path in which back electromotive force is reduced according to an embodiment.
  • FIG. 3 shows a second path in which back electromotive force is reduced according to another embodiment.
  • FIG. 4 illustrates a third path in which back electromotive force is reduced according to another embodiment.
  • the battery control device 1 includes a relay 10, a micro control unit (MCU) 20, a first reduction circuit 30, and a second reduction circuit 40. Including, the battery control device 1 controls the first reduction circuit 30 and/or the second reduction circuit 40 so that the back EMF generated in the relay 10 is exhausted to form a predetermined back EMF reduction path.
  • MCU micro control unit
  • the relay 10 includes a coil c and a switch s.
  • the coil c is connected between the first node n1 and the second node n2.
  • a main battery (not shown), a battery charger (not shown), and a load (not shown) may be connected to the switch s, but embodiments are not limited thereto.
  • the MCU 20 includes a first sensing terminal t1, a second control terminal t2, a third control terminal t3, a fourth control terminal t4, and a first sensing terminal connected to the first node n1 ( s1), and a second sensing terminal s2 connected to the second node n2.
  • the MCU 20 senses the voltage of the first node n1 and generates a first gate signal and a second gate signal according to the voltage of the first node n1.
  • the MCU 20 determines an operation mode of the battery control device 1 according to the embodiment. Specifically, the MCU 20 grasps the state of the battery connected to the relay 10, the initial mode (I), the first normal mode (N1), the second normal mode (N2), and the first safety mode (Se1) , The switch s is controlled to be turned on or off in any one of the second safety mode Se2 and the third safety mode Se3.
  • the initial mode I is a mode in which the battery control device 1 initially operates, and the MCU 20 controls the switch s to be turned off.
  • the MCU 20 controls the switch s to be turned on in the first normal mode (N1), and in the second normal mode (N2), the MCU 20 is switched on. Control to turn off.
  • the MCU 20 determines that a fire may occur in the battery, and the first safety mode (Se1) It is controlled so that the low switch s is turned off.
  • the MCU 20 controls the switch s to be turned off in the second safe mode Se2 when the potential of the first node N1 becomes the ground potential, and the potential of the second node n2 When it is equal to the battery connected to the relay 10, it is controlled such that the switch s is turned off in the third safety mode Se3.
  • the MCU 20 senses the voltage of the second node n2 and generates a third gate signal and a third gate signal.
  • the MCU 20 according to the voltage of the second node n2, the third gate signal and the fourth gate so that a second path (ro2, see FIG. 3) for canceling the counter electromotive force generated in the relay 10 is formed.
  • the second reduction circuit 20 is controlled according to the gate signal.
  • the first reduction circuit 30 includes a first transistor sw1, a second transistor sw2, a first resistor r1, and a second resistor r2.
  • the first transistor (sww1) is a gate connected to the first control terminal (t1) through the first resistor (r1), the auxiliary battery (Aux Battery) for applying a driving voltage (for example, 12V) of the relay 10 ( ab), and the other end connected to the first node n1, and is turned on/off according to an enable level first gate signal.
  • the second transistor sw2 includes a gate connected to the second control terminal t2 through the second resistor r2, one end connected to the first node n1, and the other end connected to the second node n2, It is turned on/off according to the second gate signal of the enable level.
  • the second reduction circuit 40 includes a third transistor (sww3), a fourth transistor (sww4), a third resistor (r3), and a fourth resistor (r4).
  • the third transistor sw3 includes a gate connected to the third control terminal t3 through the third resistor r3, one end connected to the first node n1, and the other end connected to the second node, and the enable level It is turned on/off according to the third gate signal.
  • the fourth transistor sww4 includes a gate connected to the fourth control terminal t4 through the fourth resistor r4, one end connected to the second node n2, and the other end connected to ground, and enables the fourth level of the enable level. It is turned on/off according to the 4 gate signal.
  • FIG. 2 illustrates a first path ro1 in which back electromotive force is reduced according to an embodiment, and a configuration connected to the second reduction circuit 40 is omitted.
  • the voltage of the first control terminal t1, the second control terminal t2, and the first sensing terminal s1 is a disable level (for example, low (L: Low)),
  • the switch s is kept off so that no counter electromotive force is generated in the coil c.
  • the switch s In the first normal mode N1, the switch s is kept on and there is no voltage change at the first node n1, so no back EMF is generated in the coil c.
  • the MCU 20 determines the first normal mode N1 by sensing the voltage of the first node n1, and the first control terminal t1 signal of an enable (for example, high (H: High)) level And a second terminal signal t2 having a disable level. Therefore, the first transistor sw1 is turned on and the second transistor sw2 is turned off, so that the first path ro1 is not generated.
  • an enable for example, high (H: High)
  • the MCU 20 determines that the counter electromotive force has occurred in the coil c by sensing the voltage of the first node n1, and the first control terminal t1 signal and the enable level H of the disable level L
  • the second control terminal t2 of the signal is generated. Accordingly, the first transistor sw1 is turned off and the second transistor sw2 is turned on to form the first path ro1 through the second transistor sw2. Back EMF is reduced by exiting to ground through the first path (ro1).
  • Table 1 summarizes a case in which the first path ro1 according to the above-described embodiment is generated.
  • FIG. 3 illustrates a second path ro2 in which back electromotive force is reduced according to another embodiment, and a configuration connected to the first reduction circuit 30 is omitted.
  • a battery control device according to another embodiment An auxiliary battery ab may be connected to the first node n1 of.
  • the voltages of the third control terminal t3, the fourth control terminal t4, and the second sensing terminal s2 are the disable level L, and the switch s is kept off No back EMF is generated in the coil (c).
  • the switch s In the first normal mode N1, the switch s is kept on and there is no voltage change at the second node n2, so no back EMF is generated in the coil c.
  • the MCU 20 determines the first normal mode N1 by sensing the voltage of the second node n2, and determines the level of the third terminal signal t3 and enable H of the disable level L.
  • the fourth control terminal t4 signal is generated. Therefore, the third transistor sw3 is turned off and the fourth transistor sw4 is turned on so that the second path ro2 is not generated.
  • the MCU 20 determines that the counter electromotive force has occurred in the coil c by sensing the voltage of the second node n2, and the third control terminal t3 signal and the disable level L of the enable level H The fourth control terminal t4 of the signal is generated. Therefore, the third transistor sw3 is turned on and the fourth transistor sw4 is turned off to form the second path ro2 through the third transistor sw3.
  • the back EMF flowing along the second path ro2 causes a voltage drop due to the internal resistance component of the third transistor sw3. Therefore, the generated back electromotive force is reduced as it passes through the second path ro2.
  • Table 2 summarizes the case in which the second path ro2 according to the above-described embodiment is generated.
  • FIG. 4 illustrates a third path ro3 in which back electromotive force is reduced according to another embodiment.
  • an auxiliary battery ab may be connected to one end of the first transistor sw1.
  • the voltages of the first to fourth control terminals t1, t2, t3, t4 and the first to second sensing terminals s1, s2 are the disable level L, and the switch s ) Is maintained off, so no counter-electromotive force is generated in the coil c.
  • the switch s In the first normal mode N1, the switch s is kept on, so that there is no voltage change between the first node n1 and the second node n2, so no back EMF is generated in the coil c.
  • the MCU 20 senses the voltages of the first node n1 and the second node n2 to determine the first normal mode N1, and the first control terminal t1 of the enable (H) level 4 Generates a control terminal t4 signal and a second terminal signal t2 and a third terminal signal t3 having a disable level. Therefore, the first transistor sw1 and the fourth transistor sw4 are turned on, and the second transistor sw2 and the third transistor sw3 are turned off so that the third path ro3 is not generated.
  • the MCU 20 determines the counter electromotive force in the coil c by sensing the voltages of the first node n1 and the second node n2, and signals the first control terminal t1 of the disable level L And the fourth control terminal t4 signal and the second control terminal t2 signal and the third control terminal t3 signal of the enable level H. Accordingly, the first transistor sw1 and the fourth transistor sw4 are turned off, the second transistor sw2 and the third transistor sw3 are turned on, and the second transistor sw2 and the third transistor sw3 are turned on. Three paths ro1 are formed.
  • the back EMF flowing along the third path ro3 causes a voltage drop due to internal resistance components of the second transistor sw2 and the third transistor sw3. Therefore, the generated back electromotive force is reduced as it passes through the path ro3.
  • Table 3 summarizes the case in which the third path ro3 according to the above-described embodiment is generated.
  • the first to fourth transistors sw1 to sw4 have been described as nMOS transistors, but embodiments are not limited thereto and may be implemented as other types of n-channel transistors or p-channel type transistors. Can be.

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Abstract

배터리 제어 장치로서, 제1 제어단자, 제1 노드에 연결된 제1 센싱단자, 제2 제어단자, 제3 제어단자, 제2 노드에 연결된 제2 센싱단자, 제4 제어단자를 포함하고, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 변화를 센싱하는 MCU; 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된, 코일 및 스위치를 포함하는 릴레이; 및 상기 제1 제어단자에 연결된 제1 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단을 포함하는 제1 트랜지스터, 및 상기 제2 제어단자에 연결된 제2 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단 및 상기 제2 노드에 연결된 제2단을 포함하는 제2 트랜지스터로 구성된 제1 저감회로를 포함하고, 상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압 변화가 없는 경우, 상기 제1 트랜지스터가 온 되고, 상기 제2 트랜지스터가 오프 되도록 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트를 각각 제어하도록 구성된다.

Description

배터리 제어 장치
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2018년 12월 5일자 한국 특허 출원 제10-2018-0155291호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 배터리 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 BMS(Battery Management System)은 릴레이(relay)에 포함된 코일에 전류가 흐르게 되면 자기장이 발생하여 자기장의 힘에 의해 릴레이가 동작한다. 구체적으로 릴레이는 여자(magnetizing) 또는 소자(demagnetizing)되는 코일 및 이러한 코일이 여자 되었을 때 자력에 의해 클로즈(close)되고 해당 코일이 소자 되었을 때 오픈(open)되는 스위치를 포함하게 구성된다. 이러한 스위치가 배터리의 비정상적인 상황 등으로 오픈되는 경우, 코일에는 역기전력(reverse surge)이 발생하게 되는데 이러한 역기전력은 배터리 시스템을 구성하는 마이크로컴퓨터, 반도체 소자와 같은 전자부품을 손상시킬 수 있는 문제가 있다.
종래에는 이러한 역기전력을 상쇄시키기 위해 환류 다이오드(freewheeling diode) 또는 제너 다이오드(zener diode) 등을 이용하였으나, 이러한 다이오드를 이용하는 경우 배터리 시스템의 부품 수가 증가하여 배터리 시스템의 단가가 높아지는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 배터리 제어 장치에서 발생하는 역기전력을 효과적으로 상쇄하기 위함이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 배터리 제어 장치를 제공하고, 이러한 배터리 제어 장치는, 제1 제어단자, 제1 노드에 연결된 제1 센싱단자, 제2 제어단자, 제3 제어단자, 제2 노드에 연결된 제2 센싱단자, 제4 제어단자를 포함하고, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 변화를 센싱하는 MCU; 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된, 코일 및 스위치를 포함하는 릴레이; 및 상기 제1 제어단자에 연결된 제1 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단을 포함하는 제1 트랜지스터, 및 상기 제2 제어단자에 연결된 제2 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단 및 상기 제2 노드에 연결된 제2단을 포함하는 제2 트랜지스터로 구성된 제1 저감회로를 포함하고, 상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압 변화가 없는 경우, 상기 제1 트랜지스터가 온 되고, 상기 제2 트랜지스터가 오프 되도록 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트를 각각 제어하도록 구성된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압이 제1 전압에서 제2 전압으로 변하는 경우, 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 제1 경로를 형성하도록 상기 제2 게이트를 제어한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압이 제1 전압에서 접지 전위로 변하는 경우, 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 제1 경로를 형성하도록 상기 제2 게이트를 제어하도록 구성된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 배터리 제어 장치는, 상기 제3 제어단자에 연결된 제3 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단 및 상기 제2 노드에 연결된 제2 단을 포함하는 제3 트랜지스터, 및 상기 제4 제어단자에 연결된 제4 게이트, 상기 제2 노드에 연결된 제1 단, 및 접지에 연결된 제2단을 포함하는 제4 트랜지스터로 구성된 제2 저감회로를 더 포함한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 MCU는, 상기 제2 노드의 전압 변화가 없는 경우, 상기 제3 트랜지스터가 오프 되고, 상기 제4 트랜지스터가 오프 되도록 상기 제3 게이트 및 상기 제4 게이트를 각각 제어하도록 구성된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 MCU는, 상기 제2 노드의 전압이 상기 제2 전압에서 상기 제1 전압으로 변하는 경우, 상기 제3 트랜지스터를 경유하는 제2 경로를 형성하도록, 상기 제3 게이트를 제어한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의, 상기 MCU는, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 변화가 없는 경우. 상기 제1 트랜지스터와 상기 4 트랜지스터가 온 되고, 상기 제2 트랜지스터와 상기 제3 트랜지스터가 오프 되도록 상기 제1 게이트 내지 상기 제4 게이트를 각각 제어하도록 구성된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압이 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압으로 변하고 상기 제2 노드의 전압이 상기 제2 전압에서 상기 제1 전압으로 변하는 경우, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터를 경유하는 제3 경로를 형성하도록 상기 제2 게이트 및 상기 제3 트랜지스터를 각각 제어한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 스위치는, 상기 코일에 발생하는 자기장에 따라 온/오프 된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 고전압이다.
본 발명에 따른 배터리 제어 시스템은 역기전력을 효과적으로 상쇄할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구성이다.
도 2는 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 제1 경로를 나타낸 것이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 제2 경로를 나타낸 것이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 제3 경로를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
이하, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 배터리 제어 장치에 대해서 설명한다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 배터리 제어 장치(1)는, 릴레이(10), MCU(Micro Control Unit)(20), 제1 저감 회로(30), 및 제2 저감 회로(40)를 포함하고, 배터리 제어 장치(1)는 릴레이(10)에서 발생하는 역기전력이 소진되도록 제1 저감 회로(30) 및/또는 제2 저감 회로(40)를 제어하여 소정의 역기전력 저감 경로를 형성한다.
릴레이(10)는 코일(c) 및 스위치(s)를 포함한다. 코일(c)은 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 연결되어 있다. 코일(c)에 릴레이 구동 전류가 흐르면 코일 주변에 자기장이 발생하고, 이러한 자기장의 힘에 따라 스위치(s)는 온(on) 또는 오프(off) 된다. 스위치(s)에는 메인 배터리(미도시), 배터리 충전기(미도시), 및 부하(laod)(미도시) 등이 연결될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
MCU(20)는 제1 제어단자(t1), 제2 제어단자(t2), 제3 제어단자(t3), 제4 제어단자(t4), 제1 노드(n1)에 연결된 제1 센싱단자(s1), 및 제2 노드(n2)에 연결된 제2 센싱단자(s2)를 포함한다. MCU(20)는 제1 노드(n1)의 전압을 센싱하고 제1 노드(n1)의 전압에 따라 제1 게이트 신호 및 제2 게이트 신호를 생성한다.
MCU(20)는, 릴레이(10)에서 발생하는 역기전력을 상쇄하기 위한 제1 경로(ro1, 도 2 참조)가 형성되도록, 제1 게이트 신호 및 제2 게이트 신호에 따라 제1 저감 회로(20)를 제어한다.
MCU(20)는 실시예에 따른 배터리 제어 장치(1)의 동작 모드를 결정한다. 구체적으로, MCU(20)는 릴레이(10)에 연결된 배터리의 상태를 파악하고, 초기 모드(I), 제1 정상 모드(N1), 제2 정상 모드(N2), 제1 안전 모드(Se1), 제2 안전 모드(Se2), 및 제3 안전 모드(Se3) 중 어느 한 모드에서 스위치(s)가 온 또는 오프 되도록 제어한다.
초기 모드(I)는 배터리 제어 장치(1)가 초기에 동작하는 모드로서, MCU(20)는 스위치(s)가 오프가 되도록 제어한다.
MCU(20)는 배터리의 상태가 정상 범위에 포함되는 경우 제1 정상 모드(N1)로 스위치(s)가 온 되도록 제어하고, 제2 정상 모드(N2)에서 MCU(20)는 스위치가 온 에서 오프가 되도록 제어한다.
MCU(20)는 릴레이(10)에 연결된 배터리의 전류가 과전류이거나, 전압이 과전압이거나, 온도가 소정의 온도를 초과하는 경우, 배터리에 화재가 발생할 수 있다고 판단하고, 제1 안전 모드(Se1)로 스위치(s)가 오프 되도록 제어한다. 또한, MCU(20)는, 제1 노드(N1)의 전위가 접지 전위가 접지 전위가 되면 제2 안전 모드(Se2)로 스위치(s)가 오프되도록 제어하고, 제2 노드(n2)의 전위가 릴레이(10)에 연결된 배터와 등전위가 되면 제3 안전 모드(Se3)로 스위치(s)가 오프되도록 제어한다.
MCU(20)는 제2 노드(n2)의 전압을 센싱하고 제3 게이트 신호 및 제3 게이트 신호를 생성한다. MCU(20)는, 제2 노드(n2)의 전압에 따라, 릴레이(10)에서 발생하는 역기전력을 상쇄하기 위한 제2 경로(ro2, 도 3 참조)가 형성되도록, 제3 게이트 신호 및 제4 게이트 신호에 따라 제2 저감 회로(20)를 제어한다.
제1 저감 회로(30)는 제1 트랜지스터(sww1), 제2 트랜지스터(sww2), 제1 저항(r1), 및 제2 저항(r2)을 포함한다. 제1 트랜지스터(sww1)는 제1 저항(r1)을 통해 제1 제어단자(t1)에 연결된 게이트, 릴레이(10)의 구동 전압(예를 들어, 12V)을 인가하는 보조 배터리(Aux Battery)(ab)에 연결된 일단, 및 제1 노드(n1)에 연결된 타단을 포함하고, 인에이블 레벨의 제1 게이트 신호에 따라 온/오프된다. 제2 트랜지스터(sww2)는 제 2저항(r2)을 통해 제2 제어단자(t2)에 연결된 게이트, 제1 노드(n1)에 연결된 일단, 및 제2 노드(n2)에 연결된 타단을 포함하고, 인에이블 레벨의 제2 게이트 신호에 따라 온/오프된다.
제2 저감 회로(40)는 제3 트랜지스터(sww3), 제4 트랜지스터(sww4), 제3 저항(r3), 및 제4 저항(r4)을 포함한다. 제3 트랜지스터(sww3)는 제3 저항(r3)을 통해 제3 제어단자(t3)에 연결된 게이트, 제1 노드(n1)에 연결된 일단, 및 제2 노드에 연결된 타단을 포함하고, 인에이블 레벨의 제3 게이트 신호에 따라 온/오프된다. 제4 트랜지스터(sww4)는 제 4저항(r4)을 통해 제4 제어단자(t4)에 연결된 게이트, 제2 노드(n2)에 연결된 일단, 및 접지에 연결된 타단을 포함하고, 인에이블 레벨의 제4 게이트 신호에 따라 온/오프된다.
이하, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 경로를 설명한다. 도 2는 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 제1 경로(ro1)를 나타낸 것이며, 제2 저감 회로(40)와 연결된 구성은 생략되었다.
초기 모드(I)에서, 제1 제어단자(t1), 제2 제어단자(t2), 및 제1 센싱 단자(s1)의 전압은 디스에이블 레벨(예를 들어 로우(L: Low))이고, 스위치(s)는 오프로 유지되어 코일(c)에 역기전력은 발생되지 않는다.
제1 정상 모드(N1)에서, 스위치(s)는 온으로 유지되어 제1 노드(n1)의 전압변화가 없으므로 코일(c)에 역기전력은 발생하지 않는다. MCU(20)는 제1 노드(n1)의 전압을 센싱하여 제1 정상 모드(N1)로 판단하고, 인에이블(예를 들어 하이(H: High)) 레벨의 제1 제어단자(t1) 신호 및 디스에이블 레벨의 제2 단자 신호(t2)를 생성한다. 따라서, 제1 트랜지스터(sw1)는 온 되고 제2 트랜지스터(sw2)는 오프가 되어 제1 경로(ro1)는 생성되지 않는다.
제2 정상 모드(N2) 및 제1 안전 모드(Se1)에서, 스위치(s)가 온 에서 오프가 되면 코일(c)에 역기전력이 발생하여 제1 노드(n1)의 전압은 하이(H)에서 로우(L)가 된다. 또한, 제1 노드(N1)의 전위가 접지 전위가 되면 제2 안전 모드(Se2)에서 스위치(s)가 오프되고 역기전력이 발생하여 제1 노드(n1)의 전압은 하이(H)에서 로우(L)가 된다.
MCU(20)는 제1 노드(n1)의 전압을 센싱하여 코일(c)에 역기전력이 발생한 것으로 판단하고, 디스에이블 레벨(L)의 제1 제어단자(t1) 신호 및 인에이블 레벨(H)의 제2 제어 단자(t2) 신호를 생성한다. 따라서, 제1 트랜지스터(sw1)는 오프되고 제2 트랜지스터(sw2)는 온 되어 제2 트랜지스터(sw2)를 통해 제1 경로(ro1)가 형성된다. 역기전력은 제1 경로(ro1)를 통해 접지로 빠져나감으로써 저감된다.
상술한 실시예에 따른 제1 경로(ro1)가 생성되는 경우를 정리하면 이하의 표 1과 같다.
Figure PCTKR2019016948-appb-T000001
이하, 도 3을 참조하여 다른 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 경로를 설명한다. 도 3은 다른 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 제2 경로(ro2)를 나타낸 것이며, 제1 저감 회로(30)와 연결된 구성은 생략되었다.도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 제1 노드(n1)는 보조 배터리(ab)가 연결될 수 있다.
초기 모드(I)에서, 제3 제어단자(t3), 제4 제어단자(t4), 및 제2 센싱 단자(s2)의 전압은 디스에이블 레벨(L)이고, 스위치(s)는 오프로 유지되어 코일(c)에 역기전력은 발생되지 않는다.
제1 정상 모드(N1)에서, 스위치(s)는 온으로 유지되어 제2 노드(n2)의 전압변화가 없으므로 코일(c)에 역기전력은 발생하지 않는다. MCU(20)는 제2 노드(n2)의 전압을 센싱하여 제1 정상 모드(N1)로 판단하고, 디스에이블 레벨(L)의 제3 단자 신호(t3) 및 인에이블(H)) 레벨의 제4 제어단자(t4) 신호를 생성한다. 따라서, 제3 트랜지스터(sw3)는 오프되고 제4 트랜지스터(sw4)는 온 되어 제2 경로(ro2)는 생성되지 않는다.
제2 정상 모드(N2) 및 제1 안전 모드(Se1)에서, 스위치(s)가 온에서 오프가 되면 코일(c)에 역기전력이 발생하여 제2 노드(n2)의 전압은 로우(L)에서 하이(H)가 된다. 또한, 제3 안전 모드(Se3)에서 스위치(s)가 오프되고 제2 노드(n2)의 전위가 릴레이(10)에 연결된 배터리(미도시)와 등전위가 되면, 코일(c)에 역기전력이 발생하여 제2 노드(n2)의 전압은 로우(L)에서 하이(H)가 된다.
MCU(20)는 제2 노드(n2)의 전압을 센싱하여 코일(c)에 역기전력이 발생한 것으로 판단하고, 인에이블 레벨(H)의 제3 제어단자(t3) 신호 및 디스에이블 레벨(L)의 제4 제어 단자(t4) 신호를 생성한다. 따라서, 제3 트랜지스터(sw3)는 온 되고 제4 트랜지스터(sw4)는 오프 되어 제3 트랜지스터(sw3)를 통해 제2 경로(ro2)가 형성된다.
제2 경로(ro2)를 따라 흐르는 역기전력은 제3 트랜지스터(sw3)의 내부 저항 성분으로 인하여 전압 강하가 발생한다. 따라서, 발생한 역기전력은 제2 경로(ro2)를 지나면서 저감된다.
상술한 실시예에 따른 제2 경로(ro2)가 생성되는 경우를 정리하면 이하의 표 2과 같다.
Figure PCTKR2019016948-appb-T000002
이하, 도 4를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 경로를 설명한다. 도 4는 또 다른 실시예에 따른 역기전력이 저감되는 제3 경로(ro3)를 나타낸 것이다.도 4를 참조하면, 제1 트랜지스터(sw1)의 일단에는 보조 배터리(ab)가 연결될 수 있다.
초기 모드(I)에서, 제1 내지 제4 제어 단자(t1, t2, t3, t4) 및 제1 내지 제2 센싱 단자(s1, s2)의 전압은 디스에이블 레벨(L)이고, 스위치(s)는 오프가 유지되어 코일(c)에 역기전력은 발생되지 않는다.
제1 정상 모드(N1)에서, 스위치(s)는 온으로 유지되어 제1 노드(n1) 및 제2 노드(n2)의 전압변화가 없으므로 코일(c)에 역기전력은 발생하지 않는다. MCU(20)는 제1 노드(n1) 및 제2 노드(n2)의 전압을 센싱하여 제1 정상 모드(N1)로 판단하고, 인에이블(H) 레벨의 제1 제어단자(t1)와 제4 제어단자(t4) 신호, 및 디스에이블 레벨의 제2 단자 신호(t2)와 제3 단자 신호(t3)를 생성한다. 따라서, 제1 트랜지스터(sw1)와 제4 트랜지스터(sw4)는 온 되고 제2 트랜지스터(sw2)와 제3 트랜지스터(sw3)는 오프가 되어 제3 경로(ro3)는 생성되지 않는다.
제2 정상 모드(N2) 및 제1 안전 모드(Se1)에서 스위치(s)가 온에서 오프가 되면 코일(c)에 역기전력이 발생하여 제1 노드(n1)의 전압은 하이(H)에서 로우(L)가 되고 제2 노드(n2)의 전압의 로우(L)에서 하이(H)가 된다. 또한, 제2 안전 모드(Se2)에서 스위치(s)가 오프되고 제1 노드(N1)의 전위가 접지 전위가 되면 역기전력이 발생하여 제1 노드(n1)의 전압은 하이(H)에서 로우(L)가 된다. 또한, 제3 안전 모드(Se3)에서 스위치(s)가 오프되고 제2 노드(n2)의 전위가 릴레이(10)에 연결된 배터리(미도시)와 등전위가 되면, 코일(c)에 역기전력이 발생하여 제2 노드(n2)의 전압은 로우(L)에서 하이(H)가 된다.
MCU(20)는 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2)의 전압을 센싱하여 코일(c)에 역기전력이 발생한 것으로 판단하고, 디스에이블 레벨(L)의 제1 제어단자(t1) 신호와 제4 제어단자(t4) 신호 및 인에이블 레벨(H)의 제2 제어 단자(t2) 신호와 제3 제어 단자(t3) 신호를 생성한다. 따라서, 제1 트랜지스터(sw1)와 제4 트랜지스터(sw4)는 오프되고 제2 트랜지스터(sw2)와 제3 트랜지스터(sw3)는 온 되어 제2 트랜지스터(sw2)와 제3 트랜지스터(sw3)를 통해 제3 경로(ro1)가 형성된다.
제3 경로(ro3)를 따라 흐르는 역기전력은 제2 트랜지스터(sw2)와 제3 트랜지스터(sw3)의 내부 저항 성분으로 인하여 전압 강하가 발생한다. 따라서, 발생한 역기전력은 경로(ro3)을 지나면서 저감된다.
상술한 실시예에 따른 제3 경로(ro3)가 생성되는 경우를 정리하면 이하의 표 3과 같다.
Figure PCTKR2019016948-appb-T000003
이상에서, 설명의 편의를 위해, 제1 내지 제4 트랜지스터(sw1 - sw4)를 nMOS 트랜지스터로서 설명하였으나 실시예가 이에 한정되지 않고 n 채널 타입의 다른 종류의 트랜지스터, 또는 p 채널 타입의 트랜지스터로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 배터리 제어 장치로서,
    제1 제어단자, 제1 노드에 연결된 제1 센싱단자, 제2 제어단자, 제3 제어단자, 제2 노드에 연결된 제2 센싱단자, 제4 제어단자를 포함하고, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 변화를 센싱하는 MCU;
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된, 코일 및 스위치를 포함하는 릴레이; 및
    상기 제1 제어단자에 연결된 제1 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단을 포함하는 제1 트랜지스터, 및 상기 제2 제어단자에 연결된 제2 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단 및 상기 제2 노드에 연결된 제2단을 포함하는 제2 트랜지스터로 구성된 제1 저감회로
    를 포함하고,
    상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압 변화가 없는 경우, 상기 제1 트랜지스터가 온 되고, 상기 제2 트랜지스터가 오프 되도록 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트를 각각 제어하도록 구성된, 배터리 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압이 제1 전압에서 제2 전압으로 변하는 경우, 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 제1 경로를 형성하도록 상기 제2 게이트를 제어하는, 배터리 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압이 제1 전압에서 접지 전위로 변하는 경우, 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 제1 경로를 형성하도록 상기 제2 게이트를 제어하도록 구성된, 배터리 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 제3 제어단자에 연결된 제3 게이트, 상기 제1 노드에 연결된 제1 단 및 상기 제2 노드에 연결된 제2 단을 포함하는 제3 트랜지스터, 및 상기 제4 제어단자에 연결된 제4 게이트, 상기 제2 노드에 연결된 제1 단, 및 접지에 연결된 제2단을 포함하는 제4 트랜지스터로 구성된 제2 저감회로
    를 더 포함하는 배터리 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 MCU는, 상기 제2 노드의 전압 변화가 없는 경우, 상기 제3 트랜지스터가 오프 되고, 상기 제4 트랜지스터가 오프 되도록 상기 제3 게이트 및 상기 제4 게이트를 각각 제어하도록 구성된, 배터리 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 MCU는, 상기 제2 노드의 전압이 상기 제2 전압에서 상기 제1 전압으로 변하는 경우, 상기 제3 트랜지스터를 경유하는 제2 경로를 형성하도록, 상기 제3 게이트를 제어하는, 배터리 제어 장치.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 MCU는, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 변화가 없는 경우. 상기 제1 트랜지스터와 상기 4 트랜지스터가 온 되고, 상기 제2 트랜지스터와 상기 제3 트랜지스터가 오프 되도록 상기 제1 게이트 내지 상기 제4 게이트를 각각 제어하도록 구성된, 배터리 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 MCU는, 상기 제1 노드의 전압이 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압으로 변하고 상기 제2 노드의 전압이 상기 제2 전압에서 상기 제1 전압으로 변하는 경우, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터를 경유하는 제3 경로를 형성하도록 상기 제2 게이트 및 상기 제3 트랜지스터를 각각 제어하는, 배터리 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 코일에 발생하는 자기장에 따라 온/오프 되는, 배터리 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 고전압인, 배터리 제어 장치.
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