WO2021162385A1 - 비상 전원 공급 장치 - Google Patents

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WO2021162385A1
WO2021162385A1 PCT/KR2021/001656 KR2021001656W WO2021162385A1 WO 2021162385 A1 WO2021162385 A1 WO 2021162385A1 KR 2021001656 W KR2021001656 W KR 2021001656W WO 2021162385 A1 WO2021162385 A1 WO 2021162385A1
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battery
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switching element
power supply
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김기덕
이진현
황조연
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an emergency power supply, and more particularly, to an emergency power supply capable of supplying emergency power by extending an available voltage range of a battery.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which the voltage of the battery is maintained between the upper threshold voltage and the lower threshold voltage using a protection circuit.
  • the protection circuit operates even in a situation where additional power needs to be supplied from the battery due to an emergency situation, it is recognized as an over-discharge state and the connection between the battery and the load is released, even though the additional power can be sufficiently supplied from the battery.
  • the additional power can be sufficiently supplied from the battery.
  • Patent Document 1 KR 10-2003-0078289 A
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and by releasing the usable voltage range of the battery limited by the protection circuit, providing an emergency power supply capable of supplying emergency power when an emergency situation occurs aim to
  • An emergency power supply device is connected to a battery, the protection circuit unit configured to limit the available voltage range of the battery; a bypass unit connected in parallel to the protection circuit unit and configured to form a bypass path of the current output from the battery according to the operating state of the arranged switching element; and a control unit configured to energize a bypass path formed by the bypass unit by controlling the operating state of the switching element to a turn-on state.
  • the bypass unit may be configured to form the bypass path configured to allow the current of the battery to bypass the protection circuit unit when the operating state of the switching element is controlled to be turned on.
  • the control unit may be configured to energize the bypass path to release the limit on the available voltage range.
  • the control unit may be configured to energize the bypass path to release the limitation on the low voltage range among the voltage ranges limited by the protection circuit unit.
  • the controller may be configured to control an operation state of the switching element to a turn-on state when an emergency power supply request is input.
  • the control unit may be configured to control the operation state of the switching element to a turn-on state during a preset initial operation time.
  • the emergency power supply device may further include a measuring unit configured to measure the voltage of the battery.
  • the control unit measures a discharge time during which the battery is continuously discharged, and controls the operation state of the switching element to a turn-on state when at least one of the measured discharge time and the measured voltage satisfies a predetermined condition can be configured to
  • the controller is configured to measure the discharge time while the measured voltage is included in a preset low voltage range, and to control the operating state of the switching element to a turn-on state when the measured discharge time is equal to or greater than a reference time.
  • the control unit after controlling the operating state of the switching element to a turn-on state, to control the operating state of the switching element according to the charging start voltage of the battery measured by the measurement unit when the charging of the battery starts can be configured.
  • the controller may be configured to control the operating state of the switching element to a turn-off state when the charging start voltage is included in the preset low voltage range.
  • the controller may be configured to control the operating state of the switching element to a turn-on state when the charging start voltage is less than a lower limit of the preset low voltage range.
  • the protection circuit unit may include a plurality of unit protection circuit units configured to limit the usable voltage range of the battery for each section.
  • the bypass unit may include a plurality of unit bypass units configured to be connected in parallel to at least one of the plurality of unit protection circuit units.
  • the control unit selects a unit protection circuit unit having a limiting voltage section closest to the current voltage of the battery from among the plurality of unit protection circuit units, and operates a switching element disposed in a unit bypass unit corresponding to the selected unit protection circuit unit. may be configured to control the turn-on state.
  • a BMS according to another aspect of the present invention may include an emergency power supply according to an aspect of the present invention.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include an emergency power supply according to an aspect of the present invention.
  • the emergency power supply device determines whether or not an emergency situation occurs by itself, emergency power is smoothly supplied to prevent unexpected disconnection between the battery and the load.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an emergency power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack including an emergency power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including an emergency power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a voltage range of a battery connected to an emergency power supply according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of an abnormal behavior of a battery.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment in which an emergency power supply device according to an embodiment of the present invention releases a limit on an available voltage range of a battery.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including an emergency power supply device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including an emergency power supply device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another embodiment in which an emergency power supply device according to an embodiment of the present invention releases a limit on an available voltage range of a battery.
  • a term such as a control unit described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an emergency power supply device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • an emergency power supply device 100 may include a protection circuit unit 110 , a bypass unit 120 , and a control unit 130 .
  • the protection circuit unit 110 may be connected to the battery 10 .
  • the battery 10 has a negative terminal and a positive terminal, and may mean one physically separable independent cell.
  • one pouch-type lithium polymer cell may be regarded as a battery cell.
  • the battery 10 may refer to a battery module in which one or more battery cells are connected in series and/or in parallel.
  • the battery 10 will be described as meaning one independent battery cell.
  • the protection circuit unit 110 may be configured to limit the usable voltage range of the battery 10 .
  • the protection circuit unit 110 may prevent the battery 10 from being overcharged or overdischarged by limiting the available voltage range of the battery 10 .
  • the protection circuit unit 110 is connected to the 4.5 [V] battery 10 .
  • the protection circuit unit 110 may be configured to limit the available voltage range to 2.7 [V] or more and 4 [V] or less in order to prevent the battery 10 from being overcharged or overdischarged.
  • the bypass unit 120 may be connected in parallel to the protection circuit unit 110 .
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack 1 including an emergency power supply device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the protection circuit unit 110 may be electrically connected to both ends of the battery 10 .
  • one end of the protection circuit unit 110 may be connected to the positive terminal of the battery 10
  • the other end of the protection circuit unit 110 may be connected to the negative terminal of the battery 10 . That is, one end of the protection circuit unit 110 is connected between the positive terminal of the battery 10 and the positive terminal P+ of the battery pack 1 , and the other end of the protection circuit unit 110 is connected to the negative terminal of the battery 10 and It may be connected between the negative terminal (P-) of the battery pack (1).
  • one end of the bypass unit 120 may be connected to the negative terminal of the battery 10 , and the other end of the bypass unit 120 may be connected to the negative terminal P ⁇ of the battery pack 1 .
  • a load may be connected to the positive terminal P+ and the negative terminal P- of the battery pack 1 .
  • the load may be a charging terminal capable of charging the battery 10 , or may be a terminal receiving power from the battery 10 .
  • bypass unit 120 may be configured to form a bypass path of the current output from the battery 10 according to the operating state of the disposed switching element 121 .
  • the bypass unit 120 is configured to bypass the protection circuit unit 110 so that the current of the battery 10 bypasses the protection circuit unit 110 when the operating state of the switching element 121 is controlled to be turned on. may be configured to form a path.
  • protection circuit unit 110 An exemplary configuration of the protection circuit unit 110 and the bypass unit 120 will be described with reference to FIG. 3 .
  • FIG 3 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including an emergency power supply device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the bypass unit 120 may include a switching element 121 .
  • One end of the switching element 121 may be connected to the negative terminal of the battery 10 , and the other end may be connected to the negative terminal P ⁇ of the battery pack 1 .
  • a bypass path connecting the negative terminal of the battery 10 and the negative terminal P ⁇ of the battery pack 1 may be formed.
  • the protection circuit unit 110 may include a plurality of resistors R1 , R2 , and R3 , a capacitor C , an ICT 111 , and a switching unit 112 .
  • the usable voltage range of the battery 10 may be limited.
  • the control unit 130 may be configured to control the operation state of the switching element 121 to be a turn-on state to energize the bypass path formed by the bypass unit 120 .
  • the controller 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-on state or a turn-off state. If the controller 130 controls the operation state of the switching element 121 to be turned on, the bypass path formed by the bypass unit 120 may be energized. In this case, the current output from the battery 10 may flow through the bypass path without passing through the protection circuit unit 110 .
  • a metal-oxide semiconductor field effect transistor may be applied to the switching device 121 .
  • the switching element 121 may include a drain terminal D, a source terminal S, and a gate terminal G.
  • the controller 130 may be electrically connected to the gate terminal G of the switching element 121 to output a control signal to the gate terminal G. According to the control signal output by the controller 130 , the operating state of the switching element 121 may be controlled to be a turn-on state or a turn-off state.
  • the emergency power supply device 100 controls the operating state of the switching element 121 provided in the bypass unit 120 so that the current output from the battery 10 is transferred to the bypass unit ( 120) or the protection circuit unit 110, there is an advantage that can be controlled to flow.
  • control unit 130 provided in the emergency power supply 100 is a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC) known in the art, other chipsets, logic circuits, It may optionally include a register, a communication modem, a data processing unit, and the like.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the controller 130 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the controller 130 .
  • the memory may be inside or outside the control unit 130 , and may be connected to the control unit 130 by various well-known means.
  • the emergency power supply device 100 may further include a storage unit (not shown).
  • the storage unit may store programs and data necessary for the controller 130 to control the switching element 121 . That is, the storage unit may store data necessary for each component of the emergency power supply device 100 to perform an operation and function, or data generated in the process of performing a program or operation and function, and the like.
  • the type of the storage unit is not particularly limited as long as it is a known information storage means capable of writing, erasing, updating and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, registers, and the like.
  • the storage unit may store program codes in which processes executable by the controller 130 are defined.
  • control unit 130 may be configured to release the limit on the available voltage range by energizing the bypass path.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a voltage range of the battery 10 connected to the emergency power supply 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery 10 of the embodiment of FIG. 4 is an example to which a 4.5 [V] pouch-type battery cell is applied.
  • the usable voltage range of the battery 10 may be limited to 2.7 [V] or more and 4 [V] or less.
  • the limited usable voltage range is, in general, when the voltage of the battery 10 is less than 2.7 [V] or greater than 4 [V], since the deterioration rate of the battery 10 may be increased, the deterioration of the battery 10 It may be an arbitrarily set voltage range to prevent
  • the available voltage range of the battery 10 may be set differently from the range shown in FIG. 4 , and the available voltage range is not limitedly interpreted by the numerical values shown in the drawings and the embodiment of the present application.
  • the controller 130 controls the operation state of the switching element 121 provided in the bypass unit 120 to be turned-on, the bypass path formed by the bypass unit 120 may be energized. In this case, since the current output from the battery 10 does not pass through the protection circuit unit 110 , the voltage range limited by the protection circuit unit 110 may be released.
  • the limit on the voltage range of 0 [V] or more and less than 2.7 [V] and the voltage range of 4 [V] can be released. have.
  • the battery 10 can be used for a long time.
  • control unit 130 may be configured to energize the bypass path to release the limitation on the low voltage range among the voltage ranges limited by the protection circuit unit 110 .
  • a case in which the battery 10 is provided in the portable terminal will be described as an example.
  • the voltage of the battery 10 is close to the lower limit of the available voltage range, the remaining amount of the battery 10 is low, and the battery 10 is not being charged, there may be a case where the portable terminal needs to be used urgently. can For example, when a flash of the portable terminal must be turned on in a dark space, an urgent call is in progress.
  • the controller 130 releases the limit on the usable voltage range of the battery 10 . To do so, the bypass path may be energized. In addition, since the usable voltage range of the battery 10 is extended, the battery 10 can be driven for a longer period of time.
  • the emergency power supply device 100 releases the limit on the usable voltage range of the battery 10 by energizing the bypass path by the bypass unit 120 when an emergency situation occurs. can do. Therefore, in an emergency situation, since the driving time of the battery 10 can be increased, there is an advantage that the user can take appropriate measures for the emergency situation by using the emergency power supplied by the battery 10 .
  • control unit 130 controls the operating state of the switching element 121 provided in the bypass unit 120 to the turn-on state.
  • control unit 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-on state.
  • control unit 130 may be configured to communicate with the outside.
  • the controller 130 may control the operating state of the switching element 121 to be turned on.
  • the available voltage range of the battery 10 may be extended so that the battery 10 may continue to be discharged.
  • emergency power can be supplied to the load.
  • control unit 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-on state during a preset initial operation time.
  • control unit 130 may count the preset initial operation time from the time when the battery 10 starts driving. That is, when the driving of the battery 10 is started, the control unit 130 controls the operating state of the switching element 121 to a turn-on state for a preset initial operation time, and a voltage range limited by the protection circuit unit 110 . can be released.
  • the preset initial behavior time may be previously stored in the controller 130 or the storage unit.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of an abnormal behavior of the battery 10 .
  • the voltage of the battery 10 may abnormally and temporarily decrease.
  • the initial operating time may be set to correspond to the maximum capacity of the battery 10 . That is, as the maximum capacity [mAh] of the battery 10 increases, the initial operation time may be set longer. For example, in the embodiment of FIG. 2 , the initial behavior time may be set to 10 seconds.
  • the battery 10 Since the battery 10 has both physical and chemical properties, when the battery 10 starts to be driven, a case in which the voltage of the battery 10 is abnormally decreased due to an external factor may occur. For example, when the battery 10 starts to be driven, when the temperature of the battery 10 is very low or very high outside the reference temperature range, a case in which the voltage of the battery 10 temporarily decreases may occur. As another example, when the battery 10 starts to be driven, the voltage of the battery 10 may temporarily decrease due to deterioration of the battery 10 .
  • the connection between the battery 10 and the load may be immediately cut off. . That is, the connection between the battery 10 and the load may be unexpectedly cut off due to an abnormal behavior of the battery 10 .
  • the controller 130 may control the operating state of the switching element 121 of the bypass unit 120 to be turned on during the initial operation time. Accordingly, in the embodiment of FIG. 5 , even if the voltage of the battery 10 reaches 2.7 [V] within the initial operating time, the connection between the battery 10 and the load may not be cut off. In addition, the control unit 130 may control the operation state of the switching element 121 of the bypass unit 120 to be turned off after a preset initial operation time, thereby allowing the protection circuit unit 110 to operate.
  • the emergency power supply device 100 prevents the protection circuit unit 110 from operating for a preset initial operation time, thereby abnormal behavior of the battery 10 when the battery 10 starts to be driven. Accordingly, there is an advantage in that the connection between the battery 10 and the load can be prevented from being unexpectedly released.
  • controller 130 controls the operating state of the switching element 121.
  • the emergency power supply device 100 may further include a measuring unit 140 configured to measure the voltage of the battery 10 .
  • the measurement unit 140 may be electrically directly connected to both ends of the battery 10 .
  • the measurement unit 140 may measure the voltage of the battery 10 by measuring the positive voltage and the negative voltage of the battery 10 , and calculating a difference between the measured positive voltage and the negative voltage.
  • the measurement unit 140 may transmit the measured voltage of the battery 10 to the control unit 130 .
  • the controller 130 may be configured to measure a discharge time during which the battery 10 is continuously discharged.
  • the controller 130 may measure a discharge time during which the battery 10 is continuously discharged. That is, the controller 130 may be configured to measure the discharge time continuously discharged without measuring the total time that the battery 10 is discharged.
  • the controller 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to be turned on when at least one of the measured discharge time and the measured voltage satisfies a predetermined condition.
  • the controller 130 may determine whether an emergency situation in which emergency power needs to be supplied has occurred. In addition, when it is determined that an emergency situation has occurred, the control unit 130 may control the operation state of the switching element 121 provided in the bypass unit 120 to a turn-on state to supply emergency power to the load. .
  • the emergency power supply device 100 determines whether an emergency situation occurs based on at least one of the voltage and the discharge time of the battery 10 even if an emergency power supply request is not input from the outside. can do. And, when it is determined that an emergency situation has occurred, the emergency power supply device 100 may energize the bypass path to supply emergency power to the load. Therefore, even when the user fails to request the emergency power supply or the emergency power supply request is not normally transmitted to the controller 130 , the emergency power supply device 100 determines whether an emergency has occurred by itself and determines whether an emergency situation has occurred. It has the advantage of being able to supply power.
  • the controller 130 may be configured to measure the discharge time while the measured voltage is included in a preset low voltage range.
  • the controller 130 may measure the discharge time only when the voltage of the battery 10 received from the measurement unit 140 is included in a preset low voltage range.
  • the preset low voltage range may be previously stored in the controller 130 or the storage unit.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment in which the emergency power supply device 100 according to an embodiment of the present invention releases a limit on the usable voltage range of the battery 10 .
  • the battery 10 is continuously discharged from 0 seconds.
  • the preset low voltage range is 2.7 [V] or more and 2.8 [V] or less.
  • the controller 130 may measure the discharge time of the battery 10 from a time t2 when the voltage of the battery 10 received from the measurement unit 140 is included in a preset low voltage range.
  • controller 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-on state when the measured discharge time is equal to or greater than a reference time.
  • the controller 130 may control the operating state of the switching element 121 to the turn-on state. have. That is, the control unit 130 controls the operating state of the switching element 121 to the turn-on state at the time t3, so that the available voltage range (2.7 [V] or more and 4 [V] or less) is 0 [V] or more and 4 [ V] or less.
  • control unit 130 may determine that an emergency situation has occurred when the time period in which the voltage of the battery 10 falls within the preset low voltage range is equal to or greater than the reference time while the battery 10 is continuously discharged. .
  • the case where the battery 10 must be continuously used may correspond to this case.
  • the emergency power supply device 100 has an advantage in that it is possible to reduce the inconvenience of the user having to directly request the emergency power supply by determining whether an emergency situation has occurred by itself.
  • the emergency power is supplied by the control unit 130's own determination, there is an advantage that an accident that may occur due to unexpected disconnection between the battery 10 and the load can be prevented in advance.
  • the control unit 130 controls the operating state of the switching element 121 to a turn-on state, and then, when the battery 10 starts charging, the battery 10 measured by the measurement unit 140 . It may be configured to control the operating state of the switching element 121 according to the charging start voltage of .
  • the measurement unit 140 may measure the charging start voltage of the battery 10 when the charging of the battery 10 starts after the operating state of the switching element 121 is controlled to the turn-on state. .
  • controller 130 may control the operating state of the switching element 121 according to whether the charging start voltage of the battery 10 is included in a preset low voltage range.
  • the controller 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-off state when the charging start voltage is included in the preset low voltage range. Conversely, when the charging start voltage is less than the lower limit of the preset low voltage range, the controller 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-on state.
  • the controller 130 may release or block the bypass path formed by the bypass unit 120 according to the charging start voltage of the battery 10 .
  • the battery 10 may supply emergency power.
  • the voltage of the battery 10 when the operating state of the switching element 121 is controlled to be turned on and a bypass path is formed by the bypass unit 120 , the battery 10 may supply emergency power.
  • the voltage of the battery 10 when the voltage of the battery 10 is lowered to less than the preset low voltage range, the voltage of the battery 10 may be less than the preset low voltage range even when charging of the battery 10 starts.
  • the control unit 130 switches the operating state of the switching element 121 to the turn-off state, the protection circuit unit 110 is operated to release the connection between the battery 10 and the load. That is, although charging of the battery 10 has started, the voltage of the battery 10 that has already supplied emergency power may not be included in the available voltage range. Therefore, the control unit 130 does not control the operation state of the switching element 121 to the turn-off state only because the charging of the battery 10 has started, but considers the charging start voltage of the battery 10 and the switching element ( 121) can be controlled.
  • the controller 130 controls the operating state of the switching element 121 to a turn-off state when the voltage of the battery 10 is included in a preset low voltage range,
  • the protection circuit unit 110 may be operated.
  • the control unit 130 controls the operating state of the switching element 121 to a turn-off state. It is possible to block the bypass path formed by the bypass unit 120 and operate the protection circuit unit 110 .
  • control unit 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-on state by further considering the voltage and discharge time of the battery 10 as well as the current of the battery 10 . have.
  • the measuring unit 140 may be configured to further measure the current of the battery 10 .
  • the measuring unit 140 may be connected to the current measuring device A for measuring the current of the battery 10 .
  • the current measuring element A may be an ammeter and/or a sense resistor.
  • the measurement unit 140 transmits the measured current of the battery 10 to the control unit 130 , and the control unit 130 receives the current of the battery 10 together with the voltage of the battery 10 from the measurement unit 140 . can do.
  • controller 130 may be configured to measure the discharge time while the measured current is included in a preset low current range and the measured voltage is included in the preset low voltage range.
  • the preset low current range may be previously stored in the controller 130 or the storage unit.
  • the controller 130 controls the battery 10 to continuously operate only when the voltage of the battery 10 is included in the preset low voltage range and the current of the battery 10 is included in the preset low current range. Discharge time can be measured. That is, the controller 130 may measure the discharging time while the battery 10 is driven in the low power mode.
  • the control unit 130 may be configured to control the operating state of the switching element 121 to a turn-on state when the measured discharge time is equal to or greater than the reference time.
  • the controller 130 may determine that it is an emergency situation requiring the urgent use of the battery 10 .
  • the controller 130 may be configured to supply emergency power to the load by controlling the operation state of the switching element 121 to be turned on.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including an emergency power supply device 100 according to another embodiment of the present invention.
  • 8 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including an emergency power supply device 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the protection circuit unit 110 may include a plurality of unit protection circuit units 110 configured to limit the usable voltage range of the battery 10 for each section.
  • the emergency power supply device 100 may include a first unit protection circuit unit 110a and a second unit protection circuit unit 110b.
  • the number of the plurality of unit protection circuit units 110 is not limited according to the embodiments shown in FIGS. 7 and 8 .
  • bypass unit 120 may include a plurality of unit bypass units 120 configured to be connected in parallel to at least one of the plurality of unit protection circuit units 110 .
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the emergency power supply device 100 includes the first unit bypass unit 120a and the second unit bypass unit 120b.
  • the first unit bypass unit 120a may be connected in parallel to the first unit protection circuit unit 110a
  • the second unit bypass unit 120b may be connected in parallel to the second unit protection circuit unit 110b. have.
  • FIG. 8 shows an embodiment in which only the first unit bypass unit 120a is included in the emergency power supply device 100 .
  • the first unit bypass unit 120a may be connected in parallel to the first unit protection circuit unit 110a.
  • the control unit 130 cannot release the limit on the voltage range according to the second unit protection circuit unit 110b.
  • the emergency power supply device 100 illustrated in FIG. 8 includes only the first unit bypass unit 120a.
  • the emergency power supply device 100 may extend the usable voltage range up to the first voltage range limited by the first unit protection circuit unit 110a in some cases, but in order to prevent serious deterioration of the battery 10 ,
  • the two-unit protection circuit unit 110b may be configured to be constantly driven.
  • the plurality of unit protection circuit units 110 may have different voltage ranges of the limiting battery 10 . More preferably, the plurality of unit protection circuit units 110 may be configured to limit a voltage range close to the usable voltage range of the battery 10 as it is provided closer to the electrode terminal of the battery pack 1 .
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another embodiment in which the emergency power supply device 100 according to an embodiment of the present invention releases a limit on the usable voltage range of the battery 10 .
  • the limited first voltage range is a range of 2.5 [V] or more and less than 2.7 [V], more than 4 [V] and 4.2 [V] or less, and is formed by the first unit protection circuit unit 110a.
  • the limited second voltage range is less than 2.5 [V] and greater than 4.2 [V], and is a voltage range limited by the second unit protection circuit unit 110b.
  • the emergency power supply device 100 includes a plurality of unit protection circuit units 110 , so that the voltage range of the battery 10 can be divided and limited in more detail. .
  • control unit 130 may be configured to select the unit protection circuit unit 110 having a limiting voltage section closest to the current voltage of the battery 10 among the plurality of unit protection circuit units 110 .
  • control unit 130 may be configured to control the operation state of the switching element 121 disposed in the unit bypass unit 120 corresponding to the selected unit protection circuit unit 110 to a turn-on state.
  • control unit 130 may select the first unit protection circuit unit 110a that limits the first voltage range.
  • the controller 130 controls the operating state of the switching element 121 disposed in the second unit bypass unit 120b to the turn-on state, Assume In this case, since the first voltage range is still limited, there may be a problem that emergency power is not supplied to the load regardless of whether the limitation of the second voltage range is released.
  • the controller 130 may release the limit on the voltage range closest to the current voltage of the battery 10 so that emergency power can be smoothly supplied.
  • the emergency power supply device 100 may be applied to a Battery Management System (BMS). That is, the BMS according to the present invention may include the above-described emergency power supply device 100 . In this configuration, at least some of each component of the emergency power supply device 100 may be implemented by supplementing or adding functions of the configuration included in the conventional BMS. For example, the protection circuit unit 110 , the bypass unit 120 , the measurement unit 140 , and the control unit 130 of the emergency power supply device 100 may be implemented as components of the BMS.
  • BMS Battery Management System
  • the emergency power supply 100 according to the present invention may be provided in the battery pack 1 . That is, the battery pack 1 according to the present invention may include the above-described emergency power supply 100 and one or more battery cells. In addition, the battery pack 1 may further include electronic components (relays, fuses, etc.) and a case.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
  • control unit 130 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치는 배터리에 연결되어, 상기 배터리의 가용 전압 범위를 제한하도록 구성된 보호회로부; 상기 보호회로부에 병렬 연결되고, 배치된 스위칭 소자의 동작 상태에 따라 상기 배터리에서 출력된 전류의 우회 경로를 형성하도록 구성된 바이패스부; 및 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 상기 바이패스부에 의해 형성되는 우회 경로를 통전시키도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

비상 전원 공급 장치
본 출원은 2020년 02월 13일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0017877호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 비상 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 가용 전압 범위를 확장하여 비상 전원을 공급할 수 있는 비상 전원 공급 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 배터리는 과방전 또는 과충전되는 경우에 배터리에 손상이 가해져서 퇴화가 가속화될 수 있으며, 배터리가 부풀어 오르는 스웰링 현상이 일어날 수 있다. 또한, 심한 경우에는 배터리가 폭발하는 사고가 발생될 수도 있다.
종래에는 배터리에 보호회로를 연결하여, 배터리가 과방전 또는 과충전되는 것을 방지하였다(특허문헌 1). 즉, 특허문헌 1은 보호회로를 이용하여 배터리의 전압이 상위임계전압과 하위임계전압 사이에 유지시키는 구성을 개시하고 있다.
하지만, 긴급 상황이 발생하여 배터리로부터 추가 전원을 공급받아야 하는 상황에서도 보호회로가 동작하게 되면, 배터리로부터 추가 전원을 충분히 공급받을 수 있음에도 불구하고, 과방전 상태로 인식되어 배터리와 부하 간의 연결이 해제되는 문제가 있다. 따라서, 긴급 상황이 발생된 경우에는 보호회로가 동작되지 않게 함으로써, 비상 전원을 공급할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
(특허문헌 1) KR 10-2003-0078289 A
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보호회로에 의해 제한되는 배터리의 가용 전압 범위를 해제하여, 긴급 상황이 발생된 경우 비상 전원을 공급할 수 있는 비상 전원 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 비상 전원 공급 장치는 배터리에 연결되어, 상기 배터리의 가용 전압 범위를 제한하도록 구성된 보호회로부; 상기 보호회로부에 병렬 연결되고, 배치된 스위칭 소자의 동작 상태에 따라 상기 배터리에서 출력된 전류의 우회 경로를 형성하도록 구성된 바이패스부; 및 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 상기 바이패스부에 의해 형성되는 우회 경로를 통전시키도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 바이패스부는, 상기 스위칭 소자의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 상기 배터리의 전류가 상기 보호회로부를 우회하도록 구성된 상기 우회 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 우회 경로를 통전시켜 상기 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 우회 경로를 통전시켜, 상기 보호회로부에 의해 제한된 전압 범위 중 저전압 범위에 대한 제한을 해제시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 비상 전원 공급 요청이 입력되면, 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 기설정된 초기 거동 시간 동안 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 비상 전원 공급 장치는 상기 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리가 연속적으로 방전되는 방전 시간을 측정하고, 측정된 방전 시간 및 측정된 전압 중 적어도 하나 이상이 소정의 조건을 만족하는 경우 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되는 동안 상기 방전 시간을 측정하고, 상기 측정된 방전 시간이 기준 시간 이상이면 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 후, 상기 배터리의 충전이 시작될 때 상기 측정부에서 측정된 상기 배터리의 충전 시작 전압에 따라 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충전 시작 전압이 상기 기설정된 저전압 범위에 포함되면, 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충전 시작 전압이 상기 기설정된 저전압 범위의 하한 미만이면, 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 보호회로부는, 상기 배터리의 가용 전압 범위를 구간별로 제한하도록 구성된 복수의 단위 보호회로부를 포함할 수 있다.
상기 바이패스부는, 상기 복수의 단위 보호회로부 중 적어도 하나 이상에 병렬로 연결되도록 구성된 복수의 단위 바이패스부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 단위 보호회로부 중 제한하는 전압 구간이 상기 배터리의 현재 전압에 가장 근접한 단위 보호회로부를 선택하고, 선택된 단위 보호회로부에 대응되는 단위 바이패스부에 배치된 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 BMS는 본 발명의 일 측면에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 조건 하에서, 배터리의 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제하여 비상 전원을 공급할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 비상 전원 공급 장치가 자체적으로 긴급 상황 발생 여부를 판단하기 때문에, 비상 전원이 원활하게 공급되어 배터리와 부하 간의 연결이 예상치 못하게 해제되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치에 연결된 배터리의 전압 범위를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 배터리의 비정상적인 거동의 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치가 배터리의 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치가 배터리의 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제하는 다른 실시예를 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 보호회로부(110), 바이패스부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
먼저, 보호회로부(110)는 배터리(10)에 연결될 수 있다.
여기서, 배터리(10)는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미할 수 있다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀로 간주될 수 있다. 또한, 배터리(10)는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구비된 배터리 모듈을 의미할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 배터리(10)가 하나의 독립적인 배터리 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
보호회로부(110)는 상기 배터리(10)의 가용 전압 범위를 제한하도록 구성될 수 있다.
즉, 보호회로부(110)는 배터리(10)의 가용 전압 범위를 제한함으로써, 배터리(10)가 과충전 또는 과방전되는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 보호회로부(110)가 4.5[V] 배터리(10)에 연결되었다고 가정한다. 보호회로부(110)는 배터리(10)가 과충전 또는 과방전되는 것을 방지하기 위하여, 가용 전압 범위를 2.7[V] 이상 4[V] 이하로 제한하도록 구성될 수 있다.
바이패스부(120)는 상기 보호회로부(110)에 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하여 보호회로부(110)와 바이패스부(120)의 연결 관계를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 보호회로부(110)는 배터리(10)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 보호회로부(110)의 일단은 배터리(10)의 양극 단자에 연결되고, 보호회로부(110)의 타단은 배터리(10)의 음극 단자에 연결될 수 있다. 즉, 보호회로부(110)의 일단은 배터리(10)의 양극 단자와 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이에 연결되고, 보호회로부(110)의 타단은 배터리(10)의 음극 단자와 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 사이에 연결될 수 있다. 그리고, 바이패스부(120)의 일단은 배터리(10)의 음극 단자에 연결되고, 바이패스부(120)의 타단은 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)에 연결될 수 있다.
여기서, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 음극 단자(P-)에는 부하가 연결될 수 있다. 예컨대, 부하는 배터리(10)를 충전시킬 수 있는 충전 단말일 수 있고, 배터리(10)로부터 전원을 공급받는 단말일 수도 있다.
또한, 바이패스부(120)는 배치된 스위칭 소자(121)의 동작 상태에 따라 상기 배터리(10)에서 출력된 전류의 우회 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 바이패스부(120)는, 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 상기 배터리(10)의 전류가 상기 보호회로부(110)를 우회하도록 구성된 상기 우회 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.
도 3을 참조하여 보호회로부(110) 및 바이패스부(120)의 예시적 구성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 바이패스부(120)는 스위칭 소자(121)를 포함할 수 있다. 스위칭 소자(121)의 일단은 배터리(10)의 음극 단자에 연결되고, 타단은 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 바이패스부(120)가 통전되면, 배터리(10)의 음극 단자와 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)를 연결하는 우회 경로를 형성할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 보호회로부(110)는 복수의 저항(R1, R2, R3), 커패시터(C), ICT(111) 및 스위칭 유닛(112)을 포함할 수 있다. 이러한 보호회로부(110)의 구성에 의하여, 배터리(10)의 가용 전압 범위가 제한될 수 있다.
제어부(130)는 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 상기 바이패스부(120)에 의해 형성되는 우회 경로를 통전시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다. 만약, 제어부(130)가 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 경우, 바이패스부(120)에 의해 형성되는 우회 경로가 통전될 수 있다. 이 경우, 배터리(10)에서 출력된 전류가 보호회로부(110)를 거치지 않고, 우회 경로를 통해 흐를 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 스위칭 소자(121)는 MOSFET(Metal-oxide semiconductor field effect transistor)가 적용될 수 있다. 스위칭 소자(121)는 드레인 단자(D), 소스 단자(S) 및 게이트 단자(G)를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 스위칭 소자(121)의 게이트 단자(G)에 전기적으로 연결되어, 게이트 단자(G)에 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어부(130)에 의해 출력된 제어 신호에 따라서, 스위칭 소자(121)의 동작 상태가 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 바이패스부(120)에 구비된 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 제어함으로써, 배터리(10)에서 출력된 전류가 바이패스부(120) 또는 보호회로부(110)를 통해서 흐르도록 제어할 수 있는 장점이 있다.
한편, 비상 전원 공급 장치(100)에 구비된 제어부(130)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 저장부는 제어부(130)가 스위칭 소자(121)를 제어하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부는 비상 전원 공급 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부는 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는, 상기 우회 경로를 통전시켜 상기 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제시키도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)에 연결된 배터리(10)의 전압 범위를 개략적으로 도시한 도면이다.
예컨대, 도 4의 실시예의 배터리(10)는 4.5[V] 파우치형 배터리 셀이 적용된 예시이다.
도 4의 실시예에서, 배터리(10)의 가용 전압 범위는 2.7[V] 이상 4[V] 이하로 제한될 수 있다. 제한된 가용 전압 범위는, 일반적으로 배터리(10)의 전압이 2.7[V] 미만이거나, 4[V] 초과인 경우, 배터리(10)의 퇴화 속도가 증가될 수 있기 때문에, 배터리(10)의 퇴화를 방지하기 위하여 임의로 설정된 전압 범위일 수 있다. 다만, 배터리(10)의 가용 전압 범위는 도 4에 도시된 범위와 다르게 설정될 수 있으며, 도면에 도시된 수치 및 본원의 실시예에 의해서 가용 전압 범위가 한정 해석되지 않음을 유의한다.
제어부(130)가 바이패스부(120)에 구비된 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 경우, 바이패스부(120)에 의해 형성되는 우회 경로는 통전될 수 있다. 이 경우, 배터리(10)에서 출력된 전류는 보호회로부(110)를 통과하지 않기 때문에, 보호회로부(110)에 의해서 제한된 전압 범위가 해제될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(130)가 우회 경로를 통전시킨 경우, 0[V] 이상 2.7[V] 미만의 전압 범위와 4[V] 초과의 전압 범위에 대한 제한이 해제될 수 있다.
이를 통해서, 배터리(10)의 가용 전압 범위가 확장되기 때문에, 배터리(10)가 오래 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부(130)는, 상기 우회 경로를 통전시켜, 상기 보호회로부(110)에 의해 제한된 전압 범위 중 저전압 범위에 대한 제한을 해제시키도록 구성될 수 있다.
배터리(10)가 휴대 단말에 구비된 경우를 예로 설명한다. 배터리(10)의 전압이 가용 전압 범위의 하한에 근접하여 배터리(10)의 잔량이 얼마 남지 않았으며, 배터리(10)가 충전되고 있지 않은 상황에서, 휴대 단말을 긴급하게 사용해야 하는 경우가 발생될 수 있다. 예컨대, 어두운 공간에서 휴대 단말의 플래시(flash)를 켜야만 하는 경우, 긴급한 통화가 진행 중인 경우가 그러한 경우일 수 있다.
다른 예로, 배터리(10)가 자동차에 구비된 경우를 예로 설명한다. 자동차가 운행 중인 경우, 운행자의 안전을 위하여 배터리(10)의 전압이 가용 전압 범위의 하한에 도달하더라도 비상 전원을 공급하기 위하여 배터리(10)를 계속 구동시켜야 하는 경우가 발생될 수 있다.
상술한 예시적인 실시예와 같이, 배터리(10)의 퇴화가 빠르게 진행되더라도 배터리(10)를 긴급하게 사용해야 하는 경우에 있어서, 제어부(130)는 배터리(10)의 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제하기 위하여, 우회 경로를 통전시킬 수 있다. 그리고, 배터리(10)의 가용 전압 범위가 확장되었기 때문에, 배터리(10)가 보다 오래 구동될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 긴급한 상황이 발생한 경우, 바이패스부(120)에 의한 우회 경로를 통전시킴으로써 배터리(10)의 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제할 수 있다. 따라서, 긴급 상황에서, 배터리(10)의 구동 시간이 증가될 수 있기 때문에, 사용자는 배터리(10)에 의해 공급되는 비상 전원을 이용하여, 긴급 상황에 대한 적절한 조치를 취할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 제어부(130)가 바이패스부(120)에 구비된 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하는 각각의 실시예에 대해서 설명한다.
먼저, 상기 제어부(130)는, 비상 전원 공급 요청이 입력되면, 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 외부와 통신 가능하게 구성될 수 있다. 제어부(130)는 외부로부터 비상 전원 공급 요청을 수신하면, 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 이 경우, 배터리(10)의 가용 전압 범위가 확장되어 배터리(10)의 방전이 지속될 수 있다. 따라서, 부하에게 비상 전원이 공급될 수 있다.
다른 실시예로, 상기 제어부(130)는, 기설정된 초기 거동 시간 동안 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 기설정된 초기 거동 시간 동안을 배터리(10)의 구동이 시작된 시점부터 기산할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 배터리(10)의 구동이 시작될 때, 기설정된 초기 거동 시간 동안 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 보호회로부(110)에 의해 제한된 전압 범위를 해제시킬 수 있다.
여기서, 기설정된 초기 거동 시간은 제어부(130) 또는 저장부에 미리 저장되어 있을 수 있다.
도 5는 배터리(10)의 비정상적인 거동의 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 배터리(10)의 초기 거동 시간 동안, 배터리(10)의 전압이 비정상적으로 일시적으로 감소할 수 있다.
여기서, 초기 거동 시간은 배터리(10)의 최대 용량에 대응되도록 설정될 수 있다. 즉, 배터리(10)의 최대 용량[mAh]이 클수록 상기 초기 거동 시간이 길게 설정될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 초기 거동 시간은 10초로 설정될 수 있다.
배터리(10)는 물리적 특성 및 화학적 특성을 모두 갖고 있기 때문에, 배터리(10)가 구동되기 시작할 때 외부 요인에 의해서 비정상적으로 배터리(10)의 전압이 감소하는 경우가 발생될 수 있다. 예컨대, 배터리(10)가 구동되기 시작할 때, 배터리(10)의 온도가 기준 온도 범위를 벗어나서 매우 낮은 경우 또는 매우 높은 경우, 배터리(10)의 전압이 일시적으로 감소하는 경우가 발생될 수 있다. 다른 예로, 배터리(10)의 열화에 의해서, 배터리(10)가 구동되기 시작할 때, 배터리(10)의 전압이 일시적으로 감소하는 경우가 발생될 수 있다.
도 5의 실시예와 같이, 배터리(10)의 전압이 비정상적으로 가용 전압 범위 미만까지 감소된 경우, 보호회로부(110)가 작동하게 되면, 배터리(10)와 부하 간의 연결이 즉시 차단될 수 있다. 즉, 배터리(10)의 비정상적인 거동에 의해서 배터리(10)와 부하 간의 연결이 예상치 못하게 차단될 수 있는 경우가 발생될 수 있다.
제어부(130)는 배터리(10)의 비정상적인 거동에 대응하기 위하여, 초기 거동 시간 동안은 바이패스부(120)의 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 따라서, 도 5의 실시예에서, 배터리(10)의 전압이 초기 거동 시간 내에 2.7[V]에 도달하더라도, 배터리(10)와 부하 간의 연결은 차단되지 않을 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 기설정된 초기 거동 시간 이후에는 바이패스부(120)의 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어함으로써, 보호회로부(110)가 동작되게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 기설정된 초기 거동 시간 동안 보호회로부(110)가 동작하는 것을 방지함으로써, 배터리(10)가 구동되기 시작할 때 배터리(10)의 비정상적인 거동에 의해 배터리(10)와 부하 간의 연결이 예상치 못하게 해제되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 제어부(130)가 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 제어하는 또 다른 실시예에 대해서 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 상기 배터리(10)의 전압을 측정하도록 구성된 측정부(140)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(140)는 배터리(10)의 양단에 전기적으로 직접 연결될 수 있다. 측정부(140)는 배터리(10)의 양극 전압 및 음극 전압을 측정하고, 측정한 양극 전압 및 음극 전압 간의 차이를 산출하여 배터리(10)의 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(140)는 측정한 배터리(10)의 전압을 제어부(130)에게 송신할 수 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 배터리(10)가 연속적으로 방전되는 방전 시간을 측정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 배터리(10)의 충전 및 방전이 교차 진행되는 경우, 배터리(10)가 연속적으로 방전되는 방전 시간을 측정할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 배터리(10)가 방전되는 총 시간을 측정하지 않고, 연속적으로 방전되는 방전 시간을 측정하도록 구성될 수 있다.
제어부(130)는 측정된 방전 시간 및 측정된 전압 중 적어도 하나 이상이 소정의 조건을 만족하는 경우 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(130)는 측정된 방전 시간과 상기 측정부(140)에 의해 측정된 전압 중 적어도 하나에 기반하여, 비상 전원을 공급해야 하는 긴급 상황이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 긴급 상황이 발생된 것으로 판단된 경우, 바이패스부(120)에 구비된 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 부하에 비상 전원을 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 외부로부터 비상 전원 공급 요청이 입력되지 않더라도, 배터리(10)의 전압 및 방전 시간 중 적어도 하나에 기반하여 긴급 상황 발생 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 비상 전원 공급 장치(100)는 긴급 상황이 발생된 것으로 판단되면 부하에 비상 전원을 공급하기 위하여 우회 경로를 통전시킬 수 있다. 따라서, 사용자가 비상 전원 공급을 요청하지 못하는 경우이거나, 비상 전원 공급 요청이 정상적으로 제어부(130)에 전달되지 않은 경우에도, 비상 전원 공급 장치(100)는 자체적으로 긴급 상황의 발생 여부를 판단하여 비상 전원을 공급할 수 있는 장점이 있다.
바람직하게, 상기 제어부(130)는, 상기 측정된 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되는 동안 상기 방전 시간을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 측정부(140)로부터 수신한 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되는 경우에 한하여 방전 시간을 측정할 수 있다.
여기서, 기설정된 저전압 범위는 제어부(130) 또는 저장부에 미리 저장되어 있을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)가 배터리(10)의 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제하는 실시예를 도시한 도면이다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 배터리(10)가 0초부터 연속적으로 방전되었다고 가정한다. 그리고, 기설정된 저전압 범위는 2.7[V] 이상 2.8[V] 이하라고 가정한다. 제어부(130)는 측정부(140)로부터 수신한 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되는 t2 시점부터 배터리(10)의 방전 시간을 측정할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는, 상기 측정된 방전 시간이 기준 시간 이상이면 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, t2 시점부터 측정된 배터리(10)의 방전 시간이 기준 시간을 경과하면, 제어부(130)는 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 t3 시점에서 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 가용 전압 범위(2.7[V] 이상 4[V] 이하)를 0[V] 이상 4[V] 이하로 확장시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 배터리(10)가 연속적으로 방전되는 과정에서, 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위에 속하는 시간이 기준 시간 이상인 경우에 긴급 상황이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 예컨대, 배터리(10)의 잔량이 얼마 남지 않았고 배터리(10)를 충전시킬 수도 없는 상황에서, 배터리(10)를 계속적으로 사용해야만 하는 경우가 이러한 경우에 해당할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 자체적으로 긴급 상황 발생 여부를 판단함으로써, 사용자가 비상 전원 공급을 직접 요청해야 하는 번거로움을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 제어부(130)의 자체적인 판단에 의해 비상 전원이 공급되기 때문에, 배터리(10)와 부하 간의 예상치 못한 연결 해제로 인하여 발생될 수 있는 사고가 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 후, 상기 배터리(10)의 충전이 시작될 때 상기 측정부(140)에서 측정된 상기 배터리(10)의 충전 시작 전압에 따라 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 측정부(140)는 스위칭 소자(121)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 후, 배터리(10)의 충전이 시작될 때의 배터리(10)의 충전 시작 전압을 측정할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 배터리(10)의 충전 시작 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 상기 충전 시작 전압이 상기 기설정된 저전압 범위에 포함되면, 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다. 반대로, 상기 제어부(130)는, 상기 충전 시작 전압이 상기 기설정된 저전압 범위의 하한 미만이면, 상기 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(130)는 배터리(10)의 충전 시작 전압에 따라 바이패스부(120)에 의해 형성된 우회 경로를 해제 또는 차단시킬 수 있다.
예컨대, 스위칭 소자(121)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되어 바이패스부(120)에 의해 우회 경로가 형성되면, 배터리(10)는 비상 전원을 공급할 수 있다. 이러한 과정에서 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위 미만으로 낮아진 경우, 배터리(10)의 충전이 시작되더라도 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위 미만일 수 있다. 이러한 경우, 제어부(130)가 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 전환하면, 보호회로부(110)가 동작되어 배터리(10)와 부하 간의 연결이 해제될 수 있다. 즉, 배터리(10)에 대한 충전이 시작되었지만, 이미 비상 전원을 공급한 배터리(10)의 전압은 가용 전압 범위에 포함되지 않을 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 배터리(10)의 충전이 시작되었다는 사정만으로 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하지 않고, 배터리(10)의 충전 시작 전압을 고려하여 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 배터리(10)이 충전이 시작된 이후, 제어부(130)는 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되면, 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 보호회로부(110)가 동작되도록 할 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, t3 시점에서, 스위칭 소자(121)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되어, 가용 전압 범위가 0[V] 이상 4[V] 이하로 확장되었다고 가정한다. 또한, t3 시점 이후에 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위의 하한(2.7[V]) 미만으로 낮아졌다고 가정한다. 이후, 배터리(10)가 충전되더라도, 배터리(10)의 전압은 2.7[V] 미만일 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위(2.7[V] 이상 2.8[V] 이하)에 포함되면, 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여 바이패스부(120)에 의해 형성되는 우회 경로를 차단하고, 보호회로부(110)를 동작시킬 수 있다.
보다 바람직하게, 제어부(130)는 배터리(10)의 전압 및 방전 시간뿐만 아니라 배터리(10)의 전류를 더 고려하여, 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
먼저, 측정부(140)는 배터리(10)의 전류를 더 측정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(140)는 배터리(10)의 전류를 측정하기 위한 전류 측정 소자(A)와 연결될 수 있다. 여기서, 전류 측정 소자(A)는 전류계 및/또는 센스 저항일 수 있다.
측정부(140)는 측정한 배터리(10)의 전류를 제어부(130)에게 송신하고, 제어부(130)는 측정부(140)로부터 배터리(10)의 전압과 함께 배터리(10)의 전류를 수신할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 측정된 전류가 기설정된 저전류 범위에 포함되고, 측정된 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되는 동안, 상기 방전 시간을 측정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기설정된 저전류 범위는 제어부(130) 또는 저장부에 미리 저장되어 있을 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함될 뿐만 아니라, 배터리(10)의 전류가 기설정된 저전류 범위에 포함되는 경우에 한하여, 배터리(10)가 연속적으로 방전되는 방전 시간을 측정할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 배터리(10)가 저전력 모드로 구동되는 동안, 상기 방전 시간을 측정할 수 있다.
제어부(130)는 측정된 방전 시간이 기준 시간 이상이면 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 배터리(10)가 충전되지 않으면서 저전력 모드로 기준 시간 이상 사용되는 경우, 배터리(10)의 긴급한 사용이 필요한 긴급 상황이라고 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어함으로써, 부하에게 비상 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
상기 보호회로부(110)는, 상기 배터리(10)의 가용 전압 범위를 구간별로 제한하도록 구성된 복수의 단위 보호회로부(110)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 7 및 도 8을 참조하면, 비상 전원 공급 장치(100)에는 제1 단위 보호회로부(110a) 및 제2 단위 보호회로부(110b)가 포함될 수 있다. 다만, 복수의 단위 보호회로부(110)의 개수는 도 7 및 도 8에 도시된 실시예에 따라서 한정되지 않음을 유의한다.
또한, 상기 바이패스부(120)는, 상기 복수의 단위 보호회로부(110) 중 적어도 하나 이상에 병렬로 연결되도록 구성된 복수의 단위 바이패스부(120)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 7은 비상 전원 공급 장치(100)에 제1 단위 바이패스부(120a) 및 제2 단위 바이패스부(120b)가 포함된 실시예이다. 구체적으로, 제1 단위 바이패스부(120a)는 제1 단위 보호회로부(110a)에 병렬로 연결되고, 제2 단위 바이패스부(120b)는 제2 단위 보호회로부(110b)에 병렬로 연결될 수 있다.
다른 예로, 도 8은 비상 전원 공급 장치(100)에 제1 단위 바이패스부(120a)만이 포함된 실시예이다. 제1 단위 바이패스부(120a)는 제1 단위 보호회로부(110a)에 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 제2 단위 바이패스부(120b)가 포함되지 않았기 때문에, 배터리(10)에서 출력된 전류를 제2 단위 보호회로부(110b)를 우회할 수 없다. 따라서, 제어부(130)는 제2 단위 보호회로부(110b)에 따른 전압 범위에 대한 제한을 해제시킬 수 없다.
즉, 도 8에 도시된 비상 전원 공급 장치(100)는 제1 단위 바이패스부(120a)만을 포함하고 있다. 비상 전원 공급 장치(100)는, 소정의 경우에 제1 단위 보호회로부(110a)에 의해 제한된 제1 전압 범위까지 가용 전압 범위를 확장시킬 수 있지만, 배터리(10)의 심각한 열화를 방지하기 위하여 제2 단위 보호회로부(110b)는 상시 구동시키도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 복수의 단위 보호회로부(110)는 제한하는 배터리(10)의 전압 범위가 서로 상이할 수 있다. 보다 바람직하게, 복수의 단위 보호회로부(110)는 배터리 팩(1)의 전극 단자 측에 가깝게 구비될수록, 배터리(10)의 가용 전압 범위에 근접한 전압 범위를 제한하도록 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)가 배터리(10)의 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제하는 다른 실시예를 도시한 도면이다.
예컨대, 도 9의 실시예에서, 제한된 제1 전압 범위는 2.5[V] 이상 2.7[V] 미만, 4[V] 초과 4.2[V] 이하의 범위로서, 제1 단위 보호회로부(110a)에 의해서 제한된 전압 범위이다. 제한된 제2 전압 범위는 2.5[V] 미만, 4.2[V] 초과의 범위로서, 제2 단위 보호회로부(110b)에 의해서 제한된 전압 범위이다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는 복수의 단위 보호회로부(110)를 포함함으로써, 배터리(10)의 전압 범위를 보다 세부적으로 구분하여 제한할 수 있는 장점이 있다.
바람직하게, 상기 제어부(130)는, 상기 복수의 단위 보호회로부(110) 중 제한하는 전압 구간이 상기 배터리(10)의 현재 전압에 가장 근접한 단위 보호회로부(110)를 선택하도록 구성될 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 선택된 단위 보호회로부(110)에 대응되는 단위 바이패스부(120)에 배치된 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 9의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 전압 범위를 제한하는 제1 단위 보호회로부(110a)를 선택할 수 있다.
만약, 배터리(10)의 전압이 기설정된 저전압 범위에 속하지만, 제어부(130)가 제2 단위 바이패스부(120b)에 배치된 스위칭 소자(121)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하였다고 가정한다. 이 경우, 제1 전압 범위는 여전히 제한되어 있기 때문에, 제2 전압 범위의 제한이 해제된 것과 무관하게 부하에게 비상 전원이 공급되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 배터리(10)의 현재 전압에 가장 근접한 전압 범위에 대한 제한을 해제시킴으로써, 비상 전원이 원활하게 공급될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 비상 전원 공급 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 비상 전원 공급 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 비상 전원 공급 장치(100)의 보호회로부(110), 바이패스부(120), 측정부(140) 및 제어부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 비상 전원 공급 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 비상 전원 공급 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 배터리 팩
10: 배터리
100: 비상 전원 공급 장치
110: 보호회로부
120: 바이패스부
121: 스위칭 소자
130: 제어부
140: 측정부

Claims (15)

  1. 배터리에 연결되어, 상기 배터리의 가용 전압 범위를 제한하도록 구성된 보호회로부;
    상기 보호회로부에 병렬 연결되고, 배치된 스위칭 소자의 동작 상태에 따라 상기 배터리에서 출력된 전류의 우회 경로를 형성하도록 구성된 바이패스부; 및
    상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 상기 바이패스부에 의해 형성되는 우회 경로를 통전시키도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스부는,
    상기 스위칭 소자의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 상기 배터리의 전류가 상기 보호회로부를 우회하도록 구성된 상기 우회 경로를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 우회 경로를 통전시켜 상기 가용 전압 범위에 대한 제한을 해제시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 우회 경로를 통전시켜, 상기 보호회로부에 의해 제한된 전압 범위 중 저전압 범위에 대한 제한을 해제시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    비상 전원 공급 요청이 입력되면, 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기설정된 초기 거동 시간 동안 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 측정하도록 구성된 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리가 연속적으로 방전되는 방전 시간을 측정하고, 측정된 방전 시간 및 측정된 전압 중 적어도 하나 이상이 소정의 조건을 만족하는 경우 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 전압이 기설정된 저전압 범위에 포함되는 동안 상기 방전 시간을 측정하고, 상기 측정된 방전 시간이 기준 시간 이상이면 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 후, 상기 배터리의 충전이 시작될 때 상기 측정부에서 측정된 상기 배터리의 충전 시작 전압에 따라 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 시작 전압이 상기 기설정된 저전압 범위에 포함되면, 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하고,
    상기 충전 시작 전압이 상기 기설정된 저전압 범위의 하한 미만이면, 상기 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 보호회로부는,
    상기 배터리의 가용 전압 범위를 구간별로 제한하도록 구성된 복수의 단위 보호회로부를 포함하고,
    상기 바이패스부는,
    상기 복수의 단위 보호회로부 중 적어도 하나 이상에 병렬로 연결되도록 구성된 복수의 단위 바이패스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 단위 보호회로부 중 제한하는 전압 구간이 상기 배터리의 현재 전압에 가장 근접한 단위 보호회로부를 선택하고, 선택된 단위 보호회로부에 대응되는 단위 바이패스부에 배치된 스위칭 소자의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비상 전원 공급 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함하는 BMS.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 비상 전원 공급 장치를 포함하는 배터리 팩.
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