WO2022203325A1 - 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 Download PDF

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WO2022203325A1
WO2022203325A1 PCT/KR2022/003933 KR2022003933W WO2022203325A1 WO 2022203325 A1 WO2022203325 A1 WO 2022203325A1 KR 2022003933 W KR2022003933 W KR 2022003933W WO 2022203325 A1 WO2022203325 A1 WO 2022203325A1
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converter
battery
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fet
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PCT/KR2022/003933
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최장혁
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus and a battery system including the same, and more particularly, to a battery management apparatus for preventing overdischarge of a battery and a battery system including the same.
  • a battery is provided in a battery pack, and may supply power to devices such as a battery management system (BMS) provided in the battery pack through a DC-DC converter.
  • BMS battery management system
  • the battery voltage may be continuously consumed even when the connection between the battery pack and the load is released. That is, since the battery voltage is continuously consumed while the DC-DC converter is being driven, there is a problem that the battery may be overdischarged. Accordingly, there is a need to develop a technology capable of increasing the lifespan of the battery by preventing the battery from being overdischarged by controlling the driving of the DC-DC converter.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery management device capable of preventing over-discharge of a battery by controlling an operation mode of a converter unit, and a battery system including the same.
  • a converter unit electrically connected to a node between the battery according to an aspect of the present invention and one end of a positive relay connected in series with the battery, and configured to convert and output the voltage of the battery into a predetermined voltage based on an operation mode; and a shut-down mode in which the converter unit is deactivated or the battery voltage is applied as a driving power source for the operation mode of the converter unit connected to the node to receive a battery voltage from the battery, and depending on whether an external converter driving signal is input and a converter driving unit configured to control the wakeup mode in which the converter unit is activated.
  • the converter driving unit may be configured to control an operation mode of the converter unit to the shutdown mode when the converter driving signal is not received.
  • the converter driving unit may be configured to control an operation mode of the converter unit to the wake-up mode when the converter driving signal is received.
  • the converter driving unit may include: an FET connected between the node and the converter unit and configured to transmit a battery voltage input from the node to the converter unit according to an operating state to control an operation mode of the converter driving unit; and a FET controller configured to control the operation state of the FET to a turn-on state or a turn-off state according to whether the converter driving signal is input.
  • the FET may include a source terminal connected to the node, a drain terminal connected to the converter driver, and a gate terminal connected to the FET controller.
  • the FET control unit may be configured such that one end is connected to the gate terminal and the other end is connected to the ground.
  • the FET control unit When the converter driving signal is received, the FET control unit conducts the source terminal and the drain terminal of the FET by connecting the gate terminal and the ground to transmit the battery voltage to the converter unit.
  • the FET control unit can be configured to control
  • the converter driver may include: a first resistor connected at one end between the node and the source terminal and the other end connected to the gate terminal; and a second resistor having one end connected between the first resistor and the gate terminal and the other end connected to the FET controller.
  • an operation state is controlled to an inactive mode or an active mode based on whether power is applied by the operation mode of the converter unit, and the operation state of the positive relay is controlled according to the controlled operation state. It may further include a control unit configured to do so.
  • the control unit may be configured to receive power from the converter unit and control the operating state to the active mode when the operation mode of the converter unit is controlled to the wake-up mode.
  • the control unit may be configured such that, when the operation mode of the converter unit is controlled to the shutdown mode, power is not applied from the converter unit and the operating state is controlled to the inactive mode.
  • the controller may be configured to control the operation state of the positive relay to a turn-off state when the operation state is controlled from the active mode to the inactive mode.
  • the control unit may be configured to control the operation state of the bipolar relay to a turn-on state when the operation state is controlled from the inactive mode to the active mode.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the battery management apparatus according to an aspect of the present invention.
  • a battery system includes: a battery pack according to an aspect of the present invention; and a load connected to the positive terminal and the negative terminal of the battery pack and configured to output the converter driving signal to the converter driving unit according to an operating state of a switching unit provided therein.
  • the load may be configured to switch the operation mode of the converter unit to the wakeup mode by outputting the converter driving signal before being connected to the battery pack and starting charging of the battery.
  • the operation mode of the converter unit by controlling the operation mode of the converter unit, it is possible to prevent the battery from being overdischarged. Accordingly, the battery voltage is prevented from being unnecessarily consumed, thereby increasing the lifespan of the battery.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the battery pack of FIG. 2 in more detail.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram schematically showing an exemplary configuration of a battery pack 10 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 may include a converter unit 110 and a converter driver 120 .
  • the converter unit 110 may be configured to be electrically connected to the node N between the battery 11 and one end of the positive relay 12 connected in series to the battery 11 .
  • the battery 11 has a negative terminal and a positive terminal, and means one physically separable independent cell.
  • a lithium ion battery or a lithium polymer battery may be considered as the battery 11 .
  • the battery 11 may be a battery module in which a plurality of cells are connected in series and/or in parallel.
  • the battery 11 will be described as meaning one independent cell.
  • the battery 11 may be provided in the battery pack 10 .
  • the positive terminal (+) of the battery 11 is connected to the positive terminal (P+) of the battery pack 10
  • the negative terminal (-) of the battery 11 is the negative terminal (P-) of the battery pack 10 .
  • the positive relay 12 may be provided between the positive terminal (+) of the battery 11 and the positive terminal (P+) of the battery pack 10 . That is, one end of the positive relay 12 may be connected to the positive terminal (+) of the battery 11 , and the other end of the positive relay 12 may be connected to the positive terminal (P+) of the battery pack 10 .
  • the converter unit 110 is electrically connected to the node N between the positive terminal (+) of the battery 11 and one end of the positive relay 12, and to the node (N).
  • a battery voltage may be input through the connected first line L1 .
  • the converter unit 110 may be configured to convert the voltage of the battery 11 into a predetermined voltage and output the converted voltage based on the operation mode.
  • the converter unit 110 may be a DC-DC converter that converts the voltage of the battery 11 into a predetermined voltage (eg, 12V) and outputs the converted voltage.
  • a predetermined voltage eg, 12V
  • the converter unit 110 converts the battery voltage input through the first line L1 into a predetermined voltage, and converts the converted voltage to the controller 130 and the fourth line L4 through the fourth line L4. It can output to the load 20 .
  • the converter driver 120 may be connected to the node N and configured to receive a battery voltage from the battery 11 .
  • the converter driving unit 120 may be driven by receiving a battery voltage from the battery 11 . That is, the converter driver 120 may be driven by receiving power from the battery 11 .
  • the converter unit 110 and the converter driver 120 are connected to the node N and receive a battery voltage through the first line L1 .
  • the converter unit 110 and the converter driver 120 are not connected to the node N only through the common line (the first line L1), but the positive terminal (+) of the battery 11 through a separate line. ) and one end of the positive relay 12, note that it can be connected.
  • the converter driving unit 120 selects an operation mode of the converter unit 110 depending on whether a converter driving signal is input from the outside, a shutdown mode in which the converter unit 110 is deactivated, or a battery voltage is applied as driving power to the converter unit 110 . ) can be configured to control the wake-up mode in which it is activated.
  • the converter unit 110 may include a terminal receiving a battery voltage through the first line L1 and a terminal receiving a control signal from the converter driving unit 120 through the second line L2 , respectively.
  • the converter driving unit 120 may control the operation mode of the converter unit 110 according to whether the converter driving signal is received from the load 20 through the third line L3.
  • a control signal may be output through the second line L2.
  • the converter unit 110 may have an operation mode controlled to a shutdown mode or a wakeup mode according to a control signal received from the converter driver 120 through the second line L2 .
  • the shutdown mode means a mode in which the converter unit 110 is deactivated and thus the battery voltage cannot be input through the first line L1 .
  • the converter unit 110 is activated to convert the battery voltage input through the first line L1 into a predetermined voltage, and output the converted voltage through the fourth line L4.
  • the shutdown mode is a mode in which the state of the converter unit 110 is turned off
  • the wake-up mode is a mode in which the state of the converter unit 110 is turned on.
  • the converter driving unit 120 when the converter driving unit 120 does not receive the converter driving signal from the load 20 through the third line L3 , the converter driving unit 120 operates the second line L2 .
  • a control signal for controlling the operation mode of the converter unit 110 to be the shutdown mode may be output through the .
  • the converter unit 110 cannot receive the battery voltage from the battery 11 , and thus the voltage of the battery 11 can be prevented from being continuously consumed by the converter unit 110 .
  • the converter unit 110 since the converter unit 110 is deactivated, the voltage converted from the converter unit 110 is not output, other components other than the converter driving unit 120 provided in the battery pack 10 may be deactivated. .
  • the converter driving unit 120 when the converter driving unit 120 receives a converter driving signal from the load 20 through the third line L3 , the converter driving unit 120 operates the converter unit 110 through the second line L2 . It may be configured to output a control signal for controlling the mode to the wake-up mode. In this case, the converter unit 110 may receive a battery voltage from the battery 11 , convert the received battery voltage into a predetermined voltage, and output the converted voltage. In addition, when the converter unit 110 is activated, other components included in the battery pack 10 may also be activated.
  • the battery management apparatus 100 determines whether a converter driving signal is input from the outside. It is characterized in that the operation mode of the converter unit 110 is controlled accordingly. Through this, the occurrence of leakage current of the battery 11 can be minimized, so that the battery 11 is prevented from being overdischarged, and further, the lifespan of the battery 11 can be increased.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the battery pack 10 of FIG. 2 in more detail.
  • the converter driver 120 may include an FET 121 and a FET controller 124 .
  • the FET 121 is a field effect transistor, and the P-channel FET 121 is applied in the embodiment of FIG. 3 .
  • the FET 121 is not limited to only the P-channel FET 121 according to the embodiment of FIG. 3 , and various switching devices may be applied without departing from the technical spirit.
  • the FET 121 may be configured to be connected between the node N and the converter unit 110 .
  • the FET 121 may include a source terminal (S), a drain terminal (D), and a gate terminal (G).
  • the source terminal S may be connected to the node N
  • the drain terminal D may be connected to the converter unit 110
  • the gate terminal G may be connected to the FET control unit 124 .
  • the FET 121 may be configured to transmit a battery voltage input from the node N to the converter unit 110 according to an operating state to control the operation mode of the converter driver 120 .
  • the operating state of the FET 121 may include a turn-on state or a turn-off state.
  • the turn-on state refers to an operating state in which the source terminal S and the drain terminal D of the FET 121 are energized, and current flows from the source terminal S to the drain terminal D direction.
  • the turn-off state the connection between the source terminal (S) and the drain terminal (D) of the FET 121 is cut off, and current cannot flow in the direction from the source terminal (S) to the drain terminal (D).
  • the FET 121 when the operating state of the FET 121 is a turn-on state, the FET 121 receives the battery voltage input through the first line L1 through the second line L2. It may output to the converter unit 110 . Conversely, when the operating state of the FET 121 is a turn-off state, the FET 121 may not be able to output the battery voltage input through the first line L1 through the second line L2 .
  • the FET controller 124 may be electrically connected to the FET 121 . Specifically, in the embodiment of FIG. 3 , the FET controller 124 may be configured such that one end is connected to the gate terminal G and the other end is connected to the ground GND.
  • the FET controller 124 may be configured to control the operating state of the FET 121 to a turn-on state or a turn-off state according to whether a converter driving signal is input.
  • the FET controller 124 conducts the source terminal S and the drain terminal D of the FET 121 by connecting the gate terminal G and the ground GND. It may be configured to control the operating state of the FET 121 so that the battery voltage is transmitted to the converter unit 110 .
  • the FET control unit 124 when the FET control unit 124 receives a converter driving signal through the third line L3 , the FET control unit 124 is controlled to be turned on and the drain of the FET 121 is turned on.
  • the terminal D and the ground GND may be electrically connected.
  • the operating state of the FET 121 is controlled to the turn-on state, so that the source terminal S and the drain terminal D of the FET 121 are energized, and the FET 121 is energized through the first line L1.
  • the battery voltage input to the source terminal S may be output to the converter unit 110 through the second line L2.
  • the FET control unit 124 when the FET control unit 124 does not receive the converter driving signal through the third line L3, the FET control unit 124 is controlled to a turn-off state so that the drain terminal D of the FET 121 is connected to the ground. (GND) connection can be blocked. In this case, the operating state of the FET 121 is controlled to be turned off, so that the connection between the source terminal S and the drain terminal D of the FET 121 may be cut off. Accordingly, the battery voltage input to the source terminal S of the FET 121 through the first line L1 may not be output to the converter unit 110 through the second line L2 .
  • the battery management apparatus 100 controls the operation mode of the converter unit 110 to the shutdown mode, thereby controlling the battery 11 ) can be prevented from continuously decreasing. Accordingly, by preventing the battery 11 from being unexpectedly overdischarged, there is an advantage that the lifespan of the battery 11 can be increased.
  • the converter driver 120 may further include a first resistor 122 and a second resistor 123 .
  • the first resistor 122 may be configured such that one end is connected between the node N and the source terminal S, and the other end is connected to the gate terminal G.
  • one end of the first resistor 122 is connected between the node N and the source terminal S of the FET 121 , and the other end of the first resistor 122 is the FET 121 .
  • the second resistor 123 may be configured such that one end is connected between the first resistor 122 and the gate terminal G, and the other end is connected to the FET controller 124 .
  • one end of the second resistor 123 is connected between the other end of the first resistor 122 and the gate terminal G of the FET 121 , and the other end of the second resistor 123 . may be connected to the FET controller 124 .
  • the FET controller 124 when the FET controller 124 receives the converter driving signal from the load 20 , the FET controller 124 is controlled to be turned on to connect the gate terminal G and the ground GND of the FET 121 .
  • the FET 121 may output the battery voltage input through the first line L1 to the converter unit 110 through the second line L2 .
  • the FET control unit 124 when the FET control unit 124 does not receive the converter driving signal from the load 20 , the FET control unit 124 is controlled to a turn-off state so that the gate terminal (G) of the FET 121 and the ground (GND) The FET 121 may not output the battery voltage input through the first line L1 through the second line L2 while blocking the electrical connection between the two.
  • the battery management apparatus 100 may further include a controller 130 .
  • the control unit 130 may be configured to control the operating state to an inactive mode or an active mode based on whether power is applied by the operating mode of the converter unit 110 .
  • the control unit 130 may receive power from the converter unit 110 to control the operation state to the active mode.
  • the converter unit 110 and the control unit 130 may be connected through a fourth line L4 .
  • the converter unit 110 may convert the battery voltage into a predetermined voltage and output the converted voltage through the fourth line L4 .
  • the controller 130 may receive operating power from the converter unit 110 to control the operation state to the active mode.
  • the control unit 130 may not receive power from the converter unit 110 and thus the operating state may be controlled to the inactive mode.
  • the operation mode is the shutdown mode
  • the converter unit 110 may not receive the battery voltage. Accordingly, since the control unit 130 cannot receive operating power from the converter unit 110, the operating state may be controlled to the inactive mode.
  • the controller 130 may be configured to control the operating state of the positive relay 12 according to the controlled operating state.
  • control unit 130 is connected to the positive relay 12 through the seventh line L7, and may output a control signal to the positive relay 12 through the seventh line L7. .
  • the controller 130 may be configured to control the operation state of the positive relay 12 to a turn-off state. That is, when the operation state of the controller 130 is controlled to the inactive mode, the output of the control signal through the seventh line L7 may be stopped. Accordingly, when the operating state of the controller 130 is controlled to be in the inactive mode, the operating state of the positive relay 12 may be controlled to be turned off.
  • the controller 130 may be configured to control the operation state of the positive relay 12 to the turn-on state.
  • the converter unit 110 when the operation mode of the converter unit 110 is controlled to the wake-up mode, the converter unit 110 sends a voltage to the control unit 130 and the load 20 through the fourth line L4 . can be printed out. Thereafter, the load 20 outputs an enable signal to the control unit 130 through the fifth line L5, and when the control unit 130 receives the enable signal through the fifth line L5, the sixth line ( L6) can communicate with the load (20).
  • the controller 130 may control the operation state of the positive relay 12 to be turned on through the seventh line L7 in a state in which communication with the load 20 is possible through the sixth line L6. have.
  • control unit 130 provided in the battery management apparatus 100 is a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, and registers known in the art to execute various control logics performed in the present invention.
  • 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 battery management apparatus 100 may further include a storage unit (not shown).
  • the storage unit may store data necessary for each component of the battery management apparatus 100 to perform an operation and function, a program, or data generated while an operation and a function are performed.
  • 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 a RAM, a flash memory, a ROM, an EEPROM, a register, and the like.
  • the storage unit may store program codes in which processes executable by the controller 130 are defined.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an exemplary configuration of a battery system 1 according to another embodiment of the present invention.
  • the controller 130 may include a power module 131 and a control module 132 .
  • the power module 131 may be connected to the converter unit 110 through the fourth line L4 .
  • the power module 131 may receive the converted voltage from the converter unit 110 through the fourth line L4 .
  • the power module 131 may be connected to the load 20 through the fifth line L5 . Then, when the power module 131 receives the enable signal from the load 20 through the fifth line L5, it applies power to the control module 132 to activate the operation state of the control module 132. can be controlled with
  • the control module 132 When receiving power from the power module 131 , the control module 132 may be connected to communicate with the load 20 through the sixth line L6 . When the control module 132 is in a state capable of communicating with the load 20 through the sixth line L6, the control module 132 controls the operation state of the positive relay 12 through the seventh line L7. can do.
  • the battery pack 10 may further include a negative relay 13 connected between the negative terminal (-) of the battery 11 and the negative terminal (P-) of the battery pack 10 .
  • a negative relay 13 connected between the negative terminal (-) of the battery 11 and the negative terminal (P-) of the battery pack 10 .
  • one end of the negative relay 13 may be connected to the negative terminal (-) of the battery 11
  • the other end of the negative relay 13 may be connected to the negative terminal (P-) of the battery pack 10 .
  • the control module 132 may control the operating state of the negative relay 13 through the eighth line L8 after being connected to be communicatively connected with the load 20 through the sixth line L6.
  • the control module 132 when the control module 132 is in a state capable of communicating with the load 20 through the sixth line (L6), the control module 132 is a positive relay through the seventh line (L7)
  • the operation state of (12) may be controlled to the turn-on state
  • the operation state of the negative relay 13 may be controlled to the turn-on state through the eighth line L8. Accordingly, the positive terminal (+) of the battery 11, the positive terminal (P+) of the battery pack 10, the load 20, the negative terminal (P-) of the battery pack 10, and the negative terminal of the battery 11 (-) is electrically connected, and the battery 11 may be charged by the load 20 .
  • the battery system 1 may include a battery pack 10 and a load 20 .
  • the load 20 may be configured to be connected to a positive terminal (P+) and a negative terminal (P ⁇ ) of the battery pack 10 .
  • one end of the load 20 is connected to the positive terminal P+ of the battery pack 10
  • the other end of the load 20 is the negative terminal P- of the battery pack 10 .
  • the battery 11 and the load 20 may be electrically connected.
  • the load 20 may be configured to output a converter driving signal to the converter driving unit 120 according to the operating state of the switching unit 21 provided therein.
  • the load 20 is connected to the battery pack 10 and outputs a converter driving signal before starting the charging of the battery 11, so that the operation mode of the converter unit 110 is switched to the wake-up mode.
  • a converter driving signal before starting the charging of the battery 11, so that the operation mode of the converter unit 110 is switched to the wake-up mode.
  • the load 20 may control the operation state of the switching unit 21 to be turned on before starting charging of the battery 11 and when charging the battery 11 .
  • the load 20 may output a converter driving signal to the converter driving unit 120 .
  • the operation state of the FET controller 124 is controlled to be turned on, so that the gate terminal G of the FET 121 and the ground GND are energized, and the FET 121 is energized through the first line L1.
  • the battery voltage applied to may be output to the converter unit 110 through the second line L2.
  • the operation mode of the converter unit 110 is controlled to the wake-up mode, and the control unit 130 receiving power from the converter unit 110 may be activated.
  • control unit 130 may control the operation states of the positive relay 12 and the negative relay 13 to be turned on. Finally, as the battery 11 and the load 20 are energized, the battery 11 may be charged by the load 20 .
  • the load 20 may control the operation state of the switching unit 21 to turn-off when the battery 11 is not charged and when the battery 11 is fully charged.
  • the load 20 may not output a converter driving signal to the converter driving unit 120 .
  • the operation state of the FET controller 124 is controlled to be turned off, so that the electrical connection between the gate terminal G and the ground GND of the FET 121 may be cut off. Thereafter, the output of the battery voltage applied to the FET 121 through the first line L1 to the converter unit 110 through the second line L2 is blocked, so that the operation mode of the converter unit 110 is shut. It can be controlled in down mode.
  • control unit 130 since the control unit 130 does not receive power from the converter unit 110 , the control unit 130 may be deactivated. In addition, the operating states of the positive relay 12 and the negative relay 13 are controlled to be turned off, and the electrical connection between the battery 11 and the load 20 may be cut off. Accordingly, the battery 11 may not be charged by the load 20 . However, in this case, since the operation mode of the converter unit 110 is controlled in the shutdown mode, the battery 11 is blocked from being discharged by the converter unit 110 , thereby preventing overdischarging of the battery 11 . .
  • the battery management apparatus 100 may be applied to a battery management system (BMS). That is, the BMS according to the present invention may include the above-described battery management apparatus 100 . In this configuration, at least some of each component of the battery management apparatus 100 may be implemented by supplementing or adding functions of the configuration included in the conventional BMS.
  • the converter unit 110 , the converter driver 120 , and the control unit 130 of the battery management apparatus 100 may be implemented as components of the BMS.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through an apparatus, 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. From the description of the above-described embodiment, it can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention belongs.
  • control unit 130 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리와 상기 배터리에 직렬로 연결된 양극 릴레이의 일단 사이의 노드에 전기적으로 연결되고, 동작 모드에 기반하여 상기 배터리의 전압을 소정의 전압으로 변환하여 출력하도록 구성된 컨버터부; 및 상기 노드에 연결되어 상기 배터리로부터 배터리 전압을 입력받고, 외부로부터의 컨버터 구동 신호의 입력 여부에 따라 상기 컨버터부의 상기 동작 모드를 상기 컨버터부가 비활성화되는 셧 다운 모드 또는 상기 배터리 전압이 구동 전원으로 인가되어 상기 컨버터부가 활성화되는 웨이크업 모드로 제어하도록 구성된 컨버터 구동부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
본 출원은 2021년 03월 24일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2021-0038128에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리가 과방전되는 것을 방지하기 위한 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 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 배터리 팩에 구비되며, DC-DC 컨버터를 통해서 배터리 팩에 구비된 BMS(Battery management system) 등의 장치들에 전원을 공급할 수 있다. 이 경우, BMS 등에 배터리로부터 인가되는 전원이 상시 공급되기 때문에, 배터리 팩과 부하 간의 연결이 해제된 상태에서도 배터리 전압은 계속해서 소모될 수 있는 문제가 있다. 즉, DC-DC 컨버터가 구동되는 동안, 배터리 전압은 계속 소모되기 때문에 배터리가 과방전될 수 있는 문제가 있다. 따라서, DC-DC 컨버터의 구동을 제어함으로써, 배터리가 과방전되는 것을 방지하여 배터리의 수명을 증대시킬 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 컨버터부의 동작 모드를 제어함으로써 배터리의 과방전을 방지할 수 있는 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템을 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 배터리와 상기 배터리에 직렬로 연결된 양극 릴레이의 일단 사이의 노드에 전기적으로 연결되고, 동작 모드에 기반하여 상기 배터리의 전압을 소정의 전압으로 변환하여 출력하도록 구성된 컨버터부; 및 상기 노드에 연결되어 상기 배터리로부터 배터리 전압을 입력받고, 외부로부터의 컨버터 구동 신호의 입력 여부에 따라 상기 컨버터부의 상기 동작 모드를 상기 컨버터부가 비활성화되는 셧 다운 모드 또는 상기 배터리 전압이 구동 전원으로 인가되어 상기 컨버터부가 활성화되는 웨이크업 모드로 제어하도록 구성된 컨버터 구동부를 포함할 수 있다.
상기 컨버터 구동부는, 상기 컨버터 구동 신호를 입력받지 못한 경우, 상기 컨버터부의 동작 모드를 상기 셧 다운 모드로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨버터 구동부는, 상기 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, 상기 컨버터부의 동작 모드를 상기 웨이크업 모드로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨버터 구동부는, 상기 노드와 상기 컨버터부 사이에 연결되고, 동작 상태에 따라 상기 노드로부터 입력되는 배터리 전압을 상기 컨버터부로 송신하여 상기 컨버터 구동부의 동작 모드를 제어하도록 구성된 FET; 및 상기 컨버터 구동 신호의 입력 여부에 따라 상기 FET의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 FET 제어부를 포함할 수 있다.
상기 FET는, 상기 노드에 연결된 소스 단자, 상기 컨버터 구동부에 연결된 드레인 단자 및 상기 FET 제어부에 연결된 게이트 단자를 포함할 수 있다.
상기 FET 제어부는, 일단이 상기 게이트 단자에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 FET 제어부는, 상기 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, 상기 게이트 단자와 상기 접지를 연결함으로써 상기 FET의 상기 소스 단자와 상기 드레인 단자를 통전시켜 상기 배터리 전압이 상기 컨버터부로 송신되도록 상기 FET의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨버터 구동부는, 일단이 상기 노드와 상기 소스 단자 사이에 연결되고, 타단이 상기 게이트 단자에 연결된 제1 저항; 및 일단이 상기 제1 저항과 상기 게이트 단자 사이에 연결되고, 타단이 상기 FET 제어부에 연결된 제2 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는 상기 컨버터부의 동작 모드에 의한 전원 인가 여부에 기반하여 동작 상태가 비활성 모드 또는 활성 모드로 제어되고, 제어되는 동작 상태에 따라 상기 양극 릴레이의 동작 상태를 제어하도록 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 컨버터부의 동작 모드가 상기 웨이크업 모드로 제어되면, 상기 컨버터부로부터 전원을 인가받아서 상기 동작 상태가 상기 활성 모드로 제어되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 컨버터부의 동작 모드가 상기 셧 다운 모드로 제어되면, 상기 컨버터부로부터의 전원을 인가받지 못하여 상기 동작 상태가 상기 비활성 모드로 제어되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 활성 모드에서 상기 비활성 모드로 제어되는 경우, 상기 양극 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 동작 상태가 상기 비활성 모드에서 상기 활성 모드로 제어되는 경우, 상기 양극 릴레이의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 시스템은, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자에 연결되고, 내부에 구비된 스위칭부의 동작 상태에 따라 상기 컨버터 구동부로 상기 컨버터 구동 신호를 출력하도록 구성된 부하를 포함할 수 있다.
상기 부하는, 상기 배터리 팩과 연결되어 상기 배터리의 충전을 개시하기 전에 상기 컨버터 구동 신호를 출력함으로써, 상기 컨버터부의 동작 모드를 상기 웨이크업 모드로 전환시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 컨버터부의 동작 모드를 제어함으로써 배터리가 과방전되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 불필요하게 배터리 전압이 소모되는 것이 방지됨으로써, 배터리의 수명이 증대될 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 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 예시적 구성을 개략적으로 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.
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 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 컨버터부(110) 및 컨버터 구동부(120)를 포함할 수 있다.
컨버터부(110)는 배터리(11)와 배터리(11)에 직렬로 연결된 양극 릴레이(12)의 일단 사이의 노드(N)에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
여기서, 배터리(11)는 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지가 배터리(11)로 간주될 수 있다. 또한, 배터리(11)는 복수의 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구비된 배터리 모듈일 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 배터리(11)가 하나의 독립된 셀을 의미하는 것으로 설명한다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리(11)는 배터리 팩(10)에 구비될 수 있다. 그리고, 배터리(11)의 양극 단자(+)는 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)와 연결되고, 배터리(11)의 음극 단자(-)는 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리(11)의 양극 단자(+)와 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+) 사이에는 양극 릴레이(12)가 구비될 수 있다. 즉, 양극 릴레이(12)의 일단은 배터리(11)의 양극 단자(+)에 연결되고, 양극 릴레이(12)의 타단은 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)에 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 컨버터부(110)는 배터리(11)의 양극 단자(+)와 양극 릴레이(12)의 일단 사이의 노드(N)에 전기적으로 연결되고, 노드(N)에 연결된 제1 라인(L1)을 통해 배터리 전압을 입력받을 수 있다.
컨버터부(110)는 동작 모드에 기반하여 배터리(11)의 전압을 소정의 전압으로 변환하여 출력하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 컨버터부(110)는 배터리(11)의 전압을 소정의 전압(예컨대, 12V)으로 변환하고, 변환된 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 도 2의 실시예에서, 컨버터부(110)는 제1 라인(L1)을 통해서 입력받은 배터리 전압을 소정의 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 제4 라인(L4)을 통해서 제어부(130) 및 부하(20)로 출력할 수 있다.
컨버터 구동부(120)는 노드(N)에 연결되어 배터리(11)로부터 배터리 전압을 입력받도록 구성될 수 있다.
예컨대, 컨버터 구동부(120)는 배터리(11)로부터 배터리 전압을 입력받아서 구동될 수 있다. 즉, 컨버터 구동부(120)는 배터리(11)로부터 전원을 인가받아서 구동될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 컨버터부(110) 및 컨버터 구동부(120)는 노드(N)에 연결되고, 제1 라인(L1)을 통해서 배터리 전압을 입력받을 수 있다. 다만, 컨버터부(110)와 컨버터 구동부(120)는 공통 라인(제1 라인(L1))을 통해서만 노드(N)에 연결되는 것은 아니고, 별도의 라인을 통해서 배터리(11)의 양극 단자(+)와 양극 릴레이(12)의 일단 사이에 연결될 수 있음을 유의한다.
컨버터 구동부(120)는 외부로부터의 컨버터 구동 신호의 입력 여부에 따라 컨버터부(110)의 동작 모드를 컨버터부(110)가 비활성화되는 셧 다운 모드 또는 배터리 전압이 구동 전원으로 인가되어 컨버터부(110)가 활성화되는 웨이크업 모드로 제어하도록 구성될 수 있다.
여기서, 컨버터부(110)는 제1 라인(L1)을 통해 배터리 전압을 입력받는 단자와 제2 라인(L2)을 통해 컨버터 구동부(120)로부터 제어 신호를 입력받는 단자를 각각 구비할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 컨버터 구동부(120)는 제3 라인(L3)을 통해 부하(20)로부터 컨버터 구동 신호를 수신하였는지 여부에 따라 컨버터부(110)의 동작 모드를 제어할 수 있는 제어 신호를 제2 라인(L2)을 통해 출력할 수 있다. 그리고, 컨버터부(110)는 제2 라인(L2)을 통해 컨버터 구동부(120)로부터 수신한 제어 신호에 따라 동작 모드가 셧 다운 모드 또는 웨이크업 모드로 제어될 수 있다.
여기서, 셧 다운 모드는 컨버터부(110)가 비활성화되어 제1 라인(L1)을 통해 배터리 전압을 입력받을 수 없는 모드를 의미한다. 반대로, 웨이크업 모드는 컨버터부(110)가 활성화되어 제1 라인(L1)을 통해 입력받은 배터리 전압을 소정의 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 제4 라인(L4)을 통해 출력할 수 있는 모드를 의미한다. 즉, 셧 다운 모드는 컨버터부(110)의 상태가 오프되는 모드이고, 웨이크업 모드는 컨버터부(110)의 상태가 온되는 모드이다.
구체적으로, 도 2의 실시예에서, 컨버터 구동부(120)가 제3 라인(L3)을 통해 부하(20)로부터 컨버터 구동 신호를 입력받지 못한 경우, 컨버터 구동부(120)는 제2 라인(L2)을 통해 컨버터부(110)의 동작 모드를 셧 다운 모드로 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 컨버터부(110)는 배터리(11)로부터 배터리 전압을 입력받을 수 없게 되어, 배터리(11)의 전압이 컨버터부(110)에 의해 지속적으로 소모되는 것이 방지될 수 있다. 아울러, 컨버터부(110)가 비활성화됨으로써, 컨버터부(110)로부터 변환된 전압이 출력되지 않기 때문에, 배터리 팩(10)에 구비된 컨버터 구동부(120)를 제외환 다른 구성들도 비활성화될 수 있다.
반대로, 컨버터 구동부(120)가 제3 라인(L3)을 통해 부하(20)로부터 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, 컨버터 구동부(120)는 제2 라인(L2)을 통해 컨버터부(110)의 동작 모드를 웨이크업 모드로 제어하기 위한 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 컨버터부(110)는 배터리(11)로부터 배터리 전압을 입력받고, 입력받은 배터리 전압을 소정의 전압으로 변환하며, 변환된 전압을 출력할 수 있다. 아울러, 컨버터부(110)가 활성화됨으로써, 배터리 팩(10)에 구비된 다른 구성들도 활성화될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 컨버터부(110)에 의해 배터리(11)의 전압이 지속적으로 감소되는 것을 방지하기 위하여, 외부로부터 컨버터 구동 신호가 입력되었는지 여부에 따라 컨버터부(110)의 동작 모드를 제어하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 배터리(11)의 누설 전류(Leakage current)가 발생되는 것이 최소화될 수 있으므로, 배터리(11)가 과방전되는 것이 방지되고, 나아가 배터리(11)의 수명이 증대될 수 있다.
도 3은 도 2의 배터리 팩(10)을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 컨버터 구동부(120)는 FET(121) 및 FET 제어부(124)를 포함할 수 있다.
FET(121)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)로서, 도 3의 실시예에서는 P 채널 FET(121)가 적용되었다. 다만, FET(121)는 도 3의 실시예에 따라 P 채널 FET(121)로만 한정적으로 제한되지 않으며, 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 스위칭 소자가 적용될 수 있음을 유의한다.
FET(121)는 노드(N)와 컨버터부(110) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, FET(121)는 소스 단자(S), 드레인 단자(D) 및 게이트 단자(G)를 포함할 수 있다. 그리고, 소스 단자(S)는 노드(N)에 연결되고, 드레인 단자(D)는 컨버터부(110)에 연결되며, 게이트 단자(G)는 FET 제어부(124)에 연결될 수 있다.
FET(121)는 동작 상태에 따라 노드(N)로부터 입력되는 배터리 전압을 컨버터부(110)로 송신하여 컨버터 구동부(120)의 동작 모드를 제어하도록 구성될 수 있다.
FET(121)의 동작 상태는 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태를 포함할 수 있다. 턴-온 상태는, FET(121)의 소스 단자(S)와 드레인 단자(D)가 통전되어, 소스 단자(S)로부터 드레인 단자(D) 방향으로 전류가 흐르는 동작 상태를 의미한다. 반대로, 턴-오프 상태는, FET(121)의 소스 단자(S)와 드레인 단자(D) 간의 연결이 차단되어, 소스 단자(S)로부터 드레인 단자(D) 방향으로 전류가 흐를 수 없는 동작 상태를 의미한다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, FET(121)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우, FET(121)는 제1 라인(L1)을 통해서 입력되는 배터리 전압을 제2 라인(L2)을 통해서 컨버터부(110)로 출력할 수 있다. 반대로, FET(121)의 동작 상태가 턴-오프 상태인 경우, FET(121)는 제1 라인(L1)을 통해서 입력되는 배터리 전압을 제2 라인(L2)을 통해서 출력하지 못할 수 있다.
FET 제어부(124)는 FET(121)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 도 3의 실시예에서, FET 제어부(124)는 일단이 게이트 단자(G)에 연결되고, 타단이 접지(GND)에 연결되도록 구성될 수 있다.
그리고, FET 제어부(124)는 컨버터 구동 신호의 입력 여부에 따라 FET(121)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, FET 제어부(124)는, 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, 게이트 단자(G)와 접지(GND)를 연결함으로써 FET(121)의 소스 단자(S)와 드레인 단자(D)를 통전시켜 배터리 전압이 컨버터부(110)로 송신되도록 FET(121)의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, FET 제어부(124)가 제3 라인(L3)을 통해서 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, FET 제어부(124)는 턴-온 상태로 제어되어 FET(121)의 드레인 단자(D)와 접지(GND)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이 경우, FET(121)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되어, FET(121)의 소스 단자(S)와 드레인 단자(D)가 통전되며, 제1 라인(L1)을 통해 FET(121)의 소스 단자(S)로 입력되는 배터리 전압이 제2 라인(L2)을 통해 컨버터부(110)로 출력될 수 있다.
반대로, FET 제어부(124)가 제3 라인(L3)을 통해서 컨버터 구동 신호를 입력받지 못한 경우, FET 제어부(124)는 턴-오프 상태로 제어되어 FET(121)의 드레인 단자(D)와 접지(GND) 간의 연결을 차단할 수 있다. 이 경우, FET(121)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되어, FET(121)의 소스 단자(S)와 드레인 단자(D) 간의 연결이 차단될 수 있다. 따라서, 제1 라인(L1)을 통해 FET(121)의 소스 단자(S)로 입력되는 배터리 전압이 제2 라인(L2)을 통해 컨버터부(110)로 출력되지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리(11)와 부하(20)가 연결되지 않은 경우, 컨버터부(110)의 동작 모드를 셧 다운 모드로 제어함으로써 배터리(11)의 전압이 지속적으로 감소되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리(11)가 예상치 못하게 과방전되는 것이 방지됨으로써, 배터리(11)의 수명이 증대될 수 있는 장점이 있다.
도 3을 참조하면, 컨버터 구동부(120)는 제1 저항(122) 및 제2 저항(123)을 더 포함할 수 있다.
제1 저항(122)은 일단이 노드(N)와 소스 단자(S) 사이에 연결되고, 타단이 게이트 단자(G)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제1 저항(122)의 일단은 노드(N)와 FET(121)의 소스 단자(S) 사이에 연결되고, 제1 저항(122)의 타단은 FET(121)의 게이트 단자(G)와 FET 제어부(124) 사이에 연결될 수 있다.
제2 저항(123)은 일단이 제1 저항(122)과 게이트 단자(G) 사이에 연결되고, 타단이 FET 제어부(124)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제2 저항(123)의 일단은 제1 저항(122)의 타단과 FET(121)의 게이트 단자(G) 사이에 연결되고, 제2 저항(123)의 타단은 FET 제어부(124)에 연결될 수 있다.
따라서, FET 제어부(124)가 부하(20)로부터 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, FET 제어부(124)는 턴-온 상태로 제어되어 FET(121)의 게이트 단자(G)와 접지(GND)를 통전시키고, FET(121)는 제1 라인(L1)을 통해 입력되는 배터리 전압을 제2 라인(L2)을 통해 컨버터부(110)로 출력할 수 있다.
반대로, FET 제어부(124)가 부하(20)로부터 컨버터 구동 신호를 입력받지 못한 경우, FET 제어부(124)는 턴-오프 상태로 제어되어 FET(121)의 게이트 단자(G)와 접지(GND) 간의 전기적 연결을 차단하고, FET(121)는 제1 라인(L1)을 통해 입력되는 배터리 전압을 제2 라인(L2)을 통해 출력하지 않을 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 (100)는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다.
제어부(130)는 컨버터부(110)의 동작 모드에 의한 전원 인가 여부에 기반하여 동작 상태가 비활성 모드 또는 활성 모드로 제어되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 컨버터부(110)의 동작 모드가 웨이크업 모드로 제어되면, 제어부(130)는 컨버터부(110)로부터 전원을 인가받아서 동작 상태가 활성 모드로 제어될 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 컨버터부(110)와 제어부(130)는 제4 라인(L4)을 통해서 연결될 수 있다. 그리고, 컨버터부(110)는 동작 모드가 웨이크업 모드인 경우, 배터리 전압을 소정의 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 제4 라인(L4)을 통해 출력할 수 있다. 따라서, 컨버터부(110)의 동작 모드가 웨이크업 모드인 경우, 제어부(130)는 컨버터부(110)로부터 동작 전원을 인가받아서 동작 상태가 활성 모드로 제어될 수 있다.
반대로, 제어부(130)는 컨버터부(110)의 동작 모드가 셧 다운 모드로 제어되면, 제어부(130)는 컨버터부(110)로부터의 전원을 인가받지 못하여 동작 상태가 비활성 모드로 제어될 수 있다. 예컨대, 컨버터부(110)는 동작 모드가 셧 다운 모드인 경우, 배터리 전압을 입력받지 못할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 컨버터부(110)로부터 동작 전원을 인가받을 수 없기 때문에, 동작 상태가 비활성 모드로 제어될 수 있다.
제어부(130)는 제어되는 동작 상태에 따라 양극 릴레이(12)의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제어부(130)는 제7 라인(L7)을 통해 양극 릴레이(12)와 연결되며, 제7 라인(L7)을 통해 양극 릴레이(12)로 제어 신호를 출력할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 동작 상태가 활성 모드에서 비활성 모드로 제어되는 경우, 양극 릴레이(12)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(130)의 동작 상태가 비활성 모드로 제어되면, 제7 라인(L7)을 통한 제어 신호의 출력이 중단될 수 있다. 따라서, 제어부(130)의 동작 상태가 비활성 모드로 제어되면, 양극 릴레이(12)의 동작 상태는 턴-오프 상태로 제어될 수 있다.
반대로, 제어부(130)는 동작 상태가 비활성 모드에서 활성 모드로 제어되는 경우, 양극 릴레이(12)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 컨버터부(110)의 동작 모드가 웨이크업 모드로 제어되면, 컨버터부(110)는 제4 라인(L4)을 통해 제어부(130)와 부하(20)로 전압을 출력할 수 있다. 이후, 부하(20)는 제5 라인(L5)을 통해 제어부(130)로 인에이블 신호를 출력하고, 제어부(130)는 제5 라인(L5)을 통해 인에이블 신호를 입력받으면 제6 라인(L6)을 통해 부하(20)와 통신할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 제6 라인(L6)을 통해 부하(20)와 통신 가능한 상태에서, 제7 라인(L7)을 통해 양극 릴레이(12)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다.
한편, 배터리 관리 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, 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 저장부는 배터리 관리 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.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 시스템(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제어부(130)는 전원 모듈(131) 및 제어 모듈(132)을 포함할 수 있다.
전원 모듈(131)은 제4 라인(L4)을 통해 컨버터부(110)와 연결될 수 있다. 그리고, 컨버터부(110)의 동작 모드가 웨이크업 모드인 경우, 전원 모듈(131)은 제4 라인(L4)을 통해 컨버터부(110)로부터 변환된 전압을 입력받을 수 있다.
또한, 전원 모듈(131)은 제5 라인(L5)을 통해 부하(20)와 연결될 수 있다. 그리고, 전원 모듈(131)은 제5 라인(L5)을 통해 부하(20)로부터 인에이블 신호를 수신한 경우, 제어 모듈(132)로 전원을 인가하여 제어 모듈(132)의 동작 상태를 활성화 상태로 제어할 수 있다.
제어 모듈(132)은 전원 모듈(131)로부터 전원을 인가받으면, 제6 라인(L6)을 통해 부하(20)와 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 제어 모듈(132)이 제6 라인(L6)을 통해서 부하(20)와 통신 가능한 상태가 된 경우, 제어 모듈(132)은 제7 라인(L7)을 통해 양극 릴레이(12)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 배터리 팩(10)은 배터리(11)의 음극 단자(-)와 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-) 사이에 연결된 음극 릴레이(13)를 더 포함할 수 있다. 즉, 음극 릴레이(13)의 일단은 배터리(11)의 음극 단자(-)에 연결되고, 음극 릴레이(13)의 타단은 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)에 연결될 수 있다.
제어 모듈(132)은 제6 라인(L6)을 통해 부하(20)와 통신 가능하도록 연결된 이후, 제8 라인(L8)을 통해 음극 릴레이(13)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어 모듈(132)이 제6 라인(L6)을 통해 부하(20)와 통신 가능한 상태인 경우, 제어 모듈(132)은 제7 라인(L7)을 통해 양극 릴레이(12)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하고, 제8 라인(L8)을 통해 음극 릴레이(13)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 따라서, 배터리(11)의 양극 단자(+), 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+), 부하(20), 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-) 및 배터리(11)의 음극 단자(-)가 전기적으로 연결되고, 배터리(11)는 부하(20)에 의해 충전될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 배터리 시스템(1)은 배터리 팩(10) 및 부하(20)를 포함할 수 있다.
부하(20)는 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+) 및 음극 단자(P-)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 부하(20)의 일단은 배터리 팩(10)의 양극 단자(P+)에 연결되고, 부하(20)의 타단은 배터리 팩(10)의 음극 단자(P-)에 연결될 수 있다. 그리고, 양극 릴레이(12) 및 음극 릴레이(13)의 동작 상태가 모두 턴-온 상태로 제어되면, 배터리(11)와 부하(20)는 전기적으로 연결될 수 있다.
부하(20)는 내부에 구비된 스위칭부(21)의 동작 상태에 따라 컨버터 구동부(120)로 컨버터 구동 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 부하(20)는, 배터리 팩(10)과 연결되어 배터리(11)의 충전을 개시하기 전에 컨버터 구동 신호를 출력함으로써, 컨버터부(110)의 동작 모드를 웨이크업 모드로 전환시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 부하(20)는 배터리(11)의 충전을 개시하기 전과 배터리(11)를 충전 중인 경우에 스위칭부(21)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 그리고, 스위칭부(21)의 동작 상태가 턴-온 상태이면, 부하(20)는 컨버터 구동부(120)로 컨버터 구동 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, FET 제어부(124)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되어 FET(121)의 게이트 단자(G)와 접지(GND)가 통전되고, 제1 라인(L1)을 통해서 FET(121)로 인가되는 배터리 전압이 제2 라인(L2)을 통해서 컨버터부(110)로 출력될 수 있다. 이후, 컨버터부(110)의 동작 모드가 웨이크업 모드로 제어되고, 컨버터부(110)로부터 전원을 인가받은 제어부(130)가 활성화될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 부하(20)와 통신 가능한 상태가 되면, 양극 릴레이(12) 및 음극 릴레이(13)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 마지막으로, 배터리(11)와 부하(20)가 통전됨으로써, 배터리(11)가 부하(20)에 의해 충전될 수 있다.
반대로, 부하(20)는 배터리(11)의 충전을 수행하지 않을 경우와 배터리(11)의 충전이 완료된 경우에 스위칭부(21)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다. 그리고, 스위칭부(21)의 동작 상태가 턴-오프 상태이면, 부하(20)는 컨버터 구동부(120)로 컨버터 구동 신호를 출력하지 못할 수 있다. 이 경우, FET 제어부(124)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되어 FET(121)의 게이트 단자(G)와 접지(GND) 간의 전기적 연결이 차단될 수 있다. 이후, 제1 라인(L1)을 통해서 FET(121)로 인가되는 배터리 전압이 제2 라인(L2)을 통해 컨버터부(110)로 출력되는 것이 차단됨으로써, 컨버터부(110)의 동작 모드는 셧 다운 모드로 제어될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 컨버터부(110)로부터 전원을 인가받지 못하기 때문에, 제어부(130)가 비활성화될 수 있다. 또한, 양극 릴레이(12) 및 음극 릴레이(13)의 동작 상태는 턴-오프 상태로 제어되고, 배터리(11)와 부하(20) 간의 전기적 연결이 차단될 수 있다. 따라서, 배터리(11)는 부하(20)에 의해 충전되지 않을 수 있다. 다만, 이 경우, 컨버터부(110)의 동작 모드가 셧 다운 모드로 제어되기 때문에, 컨버터부(110)에 의해 배터리(11)가 방전되는 것이 차단됨으로써 배터리(11)의 과방전이 방지될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)의 컨버터부(110), 컨버터 구동부(120) 및 제어부(130)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치를 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)
10: 배터리 팩
11: 배터리
12: 양극 릴레이
13: 음극 릴레이
20: 부하
21: 스위칭부
100: 배터리 관리 장치
110: 컨버터부
120: 컨버터 구동부
130: 제어부
131: 전원 모듈
132: 제어 모듈

Claims (12)

  1. 배터리와 상기 배터리에 직렬로 연결된 양극 릴레이의 일단 사이의 노드에 전기적으로 연결되고, 동작 모드에 기반하여 상기 배터리의 전압을 소정의 전압으로 변환하여 출력하도록 구성된 컨버터부; 및
    상기 노드에 연결되어 상기 배터리로부터 배터리 전압을 입력받고, 외부로부터의 컨버터 구동 신호의 입력 여부에 따라 상기 컨버터부의 상기 동작 모드를 상기 컨버터부가 비활성화되는 셧 다운 모드 또는 상기 배터리 전압이 구동 전원으로 인가되어 상기 컨버터부가 활성화되는 웨이크업 모드로 제어하도록 구성된 컨버터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 구동부는,
    상기 컨버터 구동 신호를 입력받지 못한 경우, 상기 컨버터부의 동작 모드를 상기 셧 다운 모드로 제어하고,
    상기 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, 상기 컨버터부의 동작 모드를 상기 웨이크업 모드로 제어하도록 구성된 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 구동부는,
    상기 노드와 상기 컨버터부 사이에 연결되고, 동작 상태에 따라 상기 노드로부터 입력되는 배터리 전압을 상기 컨버터부로 송신하여 상기 컨버터 구동부의 동작 모드를 제어하도록 구성된 FET; 및
    상기 컨버터 구동 신호의 입력 여부에 따라 상기 FET의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 FET 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 FET는,
    상기 노드에 연결된 소스 단자, 상기 컨버터 구동부에 연결된 드레인 단자 및 상기 FET 제어부에 연결된 게이트 단자를 포함하고,
    상기 FET 제어부는,
    일단이 상기 게이트 단자에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 FET 제어부는,
    상기 컨버터 구동 신호를 입력받은 경우, 상기 게이트 단자와 상기 접지를 연결함으로써 상기 FET의 상기 소스 단자와 상기 드레인 단자를 통전시켜 상기 배터리 전압이 상기 컨버터부로 송신되도록 상기 FET의 동작 상태를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 컨버터 구동부는,
    일단이 상기 노드와 상기 소스 단자 사이에 연결되고, 타단이 상기 게이트 단자에 연결된 제1 저항; 및
    일단이 상기 제1 저항과 상기 게이트 단자 사이에 연결되고, 타단이 상기 FET 제어부에 연결된 제2 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부의 동작 모드에 의한 전원 인가 여부에 기반하여 동작 상태가 비활성 모드 또는 활성 모드로 제어되고, 제어되는 동작 상태에 따라 상기 양극 릴레이의 동작 상태를 제어하도록 구성된 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 컨버터부의 동작 모드가 상기 웨이크업 모드로 제어되면, 상기 컨버터부로부터 전원을 인가받아서 상기 동작 상태가 상기 활성 모드로 제어되고,
    상기 컨버터부의 동작 모드가 상기 셧 다운 모드로 제어되면, 상기 컨버터부로부터의 전원을 인가받지 못하여 상기 동작 상태가 상기 비활성 모드로 제어되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 상태가 상기 활성 모드에서 상기 비활성 모드로 제어되는 경우, 상기 양극 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하고,
    상기 동작 상태가 상기 비활성 모드에서 상기 활성 모드로 제어되는 경우, 상기 양극 릴레이의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 따른 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자에 연결되고, 내부에 구비된 스위칭부의 동작 상태에 따라 상기 컨버터 구동부로 상기 컨버터 구동 신호를 출력하도록 구성된 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 부하는,
    상기 배터리 팩과 연결되어 상기 배터리의 충전을 개시하기 전에 상기 컨버터 구동 신호를 출력함으로써, 상기 컨버터부의 동작 모드를 상기 웨이크업 모드로 전환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
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