KR102244124B1 - 스위칭 디바이스를 제어하기 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
배터리 팩에 포함된 배터리 모듈과 배터리 팩의 전원 단자 사이에 직렬 연결되는 스위칭 디바이스를 제어하기 위한 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 시스템은, 상기 스위칭 디바이스와 상기 전원 단자 사이에 위치하는 제1 노드를 통해 상기 전원 단자에 공급되는 충전 전원을 수신하고, 상기 충전 전원을 적어도 하나의 구동 전원으로 변환하도록 구성된 전원 변환부; 상기 전원 변환부로부터의 상기 적어도 하나의 구동 전원을 이용하여 동작 가능하게 구성되고, 상기 적어도 하나의 구동 전원의 전압 레벨을 기초로 제1 인에이블 신호를 생성하도록 구성된 중앙 처리부; 및 제1 인에이블 신호에 응답하여, 상기 스위칭 디바이스에게 제어 신호를 출력하도록 구성된 구동부;를 포함한다.
Description
본 발명은 스위칭 디바이스를 제어하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈과 배터리 팩의 전원 단자 사이에 직렬 연결되는 스위칭 디바이스를 제어하기 위한 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 재충전 가능한 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.
배터리를 보다 안전하고 오래 사용하기 위해서는 과방전으로부터 배터리를 보호하는 것이 바람직하다. 배터리의 과방전을 방지하기 위한 종래 기술로서 특허문헌 1이 개시되어 있다. 도 1은 특허문헌 1에 개시된 배터리 팩의 구성을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 배터리 팩은 배터리 셀(1)이 복수개 집합된 배터리 모듈(10) 및 제어장치를 포함한다. 제어장치의 제어에 의해 배터리 모듈(10)과 차량 시스템(20) 간의 전기 에너지 공급이 이루어진다. 제어장치는 배터리 모듈(10) 양단의 전압이 소정의 기준 전압보다 낮아지는 경우(즉, 과방전), 스위칭부(110)가 오프되도록 제어함으로써, 배터리 모듈(10)의 방전을 차단한다. 이후, 제어장치의 제어부(140)는 충전 개시 신호가 입력되면, 스위칭부(110)가 온되도록 제어하고, 이에 따라 배터리 모듈(10)은 충전될 수 있다.
한편, 제어장치는 배터리 팩에 충전 장치가 접속되어 있지 않은 경우에는 배터리 모듈(10)로부터의 전기 에너지를 이용하여 구동된다는 것이 자명하다. 이를 고려하면, 스위칭부(110)가 오프되어 차량 시스템(20)에 의한 배터리 모듈(10)의 방전 프로세싱이 이루어지지 않더라도, 제어장치가 배터리 모듈(10)의 전기 에너지를 소모하게 되므로, 배터리 모듈(10)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)는 점차 떨어진다.
배터리 모듈(10)의 충전 상태가 저하된 정도에 대응하여, 배터리 모듈(10)의 양단의 전압도 저하된다. 장기간 배터리 모듈(10)의 충전이 이루어지지 않을 경우, 배터리 모듈(10)의 양단의 전압이 상기 기준 전압보다 낮은 소정의 임계 전압과 같거나 더 낮아지는 경우(즉, 완전 방전), 제어장치는 그것의 정상적인 구동을 위해 요구되는 최소의 전기 에너지도 배터리 모듈로부터 공급받지 못하여 어떠한 동작도 수행할 수 없는 불능 상태를 가지게 된다.
제어장치가 불능 상태를 가지는 동안에는, 제어장치의 제어부(140)는 배터리 팩과 충전 장치 간의 전기적으로 연결을 감지할 수 없다. 즉, 상기 충전 개시 신호가 입력되더라도 이에 대한 인식이 안되어, 스위칭부(110)가 턴 온되지 않는다. 결국, 충전 장치에 의한 배터리 모듈(10)의 충전이 불가능하다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0085527호
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈이 완전 방전 상태가 되더라도, 배터리 팩과 충전 장치 간의 전기적 접속을 정상 인식하고, 충전 장치로부터의 전기 에너지를 이용하여 배터리 모듈의 충전을 수행할 수 있도록 스위칭 디바이스를 제어하는 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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈과 상기 배터리 팩의 전원 단자 사이에 직렬 연결되는 스위칭 디바이스를 제어하기 위한 시스템은, 상기 스위칭 디바이스와 상기 전원 단자 사이에 위치하는 제1 노드를 통해 상기 전원 단자에 공급되는 충전 전원을 수신하고, 상기 충전 전원을 적어도 하나의 구동 전원으로 변환하도록 구성된 전원 변환부; 상기 전원 변환부로부터의 상기 적어도 하나의 구동 전원을 이용하여 동작 가능하게 구성되고, 상기 적어도 하나의 구동 전원의 전압 레벨을 기초로 제1 인에이블 신호를 생성하도록 구성된 중앙 처리부; 및 제1 인에이블 신호에 응답하여, 상기 스위칭 디바이스에게 제어 신호를 출력하도록 구성된 구동부;를 포함한다. 상기 스위칭 디바이스는, 상기 제어 신호에 응답하여, 턴 온된다.
또한, 상기 전원 변환부는, 상기 충전 전원을 제1 구동 전원으로 변환하도록 구성된 제1 전원 회로; 및 상기 충전 전원을 상기 제1 구동 전원과는 독립적인 제2 구동 전원으로 변환하도록 구성된 제2 전원 회로;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 중앙 처리부는, 상기 제1 전원 회로로부터의 상기 제1 구동 전원을 이용하여 동작하도록 구성된 비교기;를 포함할 수 있다. 상기 비교기는, 상기 제1 구동 전원의 전압 레벨이 미리 정해진 전압 조건을 만족하는 경우, 상기 제1 인에이블 신호를 상기 구동부에게 전송할 수 있다.
또한, 상기 비교기는, 상기 제1 구동 전원의 전압 레벨을 미리 정해진 전압 조건을 만족하는 경우, 상기 제1 인에이블 신호를 상기 제2 전원 회로에게 전송할 수 있다.
또한, 상기 제2 전원 회로는, 상기 비교기로부터 상기 제1 인에이블 신호를 수신하는 경우, 상기 충전 전원을 상기 제2 구동 전원으로 변환하고, 상기 제2 구동 전원을 상기 구동부에게 공급할 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원을 이용하여 동작하도록 구성되고, 상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원이 수신되는 동안에 상기 제1 인에이블 신호가 수신되는 경우, 상기 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 중앙 처리부는, 상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원을 이용하여 동작하도록 구성되고, 상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원이 수신되는 동안에 상기 제1 노드를 통해 상기 충전 전원이 수신되는 경우, 제2 인에이블 신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원을 이용하여 동작하도록 구성되고, 상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원이 수신되는 동안에 상기 제1 인에이블 신호 및 상기 제2 인에이블 신호가 모두 수신되는 경우, 상기 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 비교기는, 상기 제1 구동 전원의 전압 레벨을 미리 정해진 전압 범위 내에서 지속되는 시간을 카운팅하고, 상기 카운팅된 시간이 미리 정해진 임계 시간 이상인 경우, 상기 제1 인에이블 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 스위칭 디바이스 제어 시스템;을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 차량은, 상기 스위칭 디바이스 제어 시스템;을 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈이 완전 방전 상태가 되더라도, 배터리 팩과 충전 장치 간의 전기적 접속을 정상 인식하고, 충전 장치로부터의 전기 에너지를 이용하여 배터리 모듈의 충전을 수행할 수 있도록 스위칭 디바이스를 제어할 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 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 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 종래 기술에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2의 제어 시스템을 보다 상세하게 도시한 배터리팩의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 2의 제어 시스템을 보다 상세하게 도시한 배터리팩의 구성도이다.
도 5는 도 3의 비교기의 동작을 설명하기 위한 참조도이다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2의 제어 시스템을 보다 상세하게 도시한 배터리팩의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 2의 제어 시스템을 보다 상세하게 도시한 배터리팩의 구성도이다.
도 5는 도 3의 비교기의 동작을 설명하기 위한 참조도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 <제어 유닛>과 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.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 스위칭 디바이스를 제어하기 위한 시스템(이하, '제어 시스템'이라고 함)에 대하여 설명하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(200)은 배터리 모듈(210), 스위칭 디바이스(220) 및 제어 시스템(300)을 포함한다. 배터리 팩(200)은 차량(400) 등에 탑재되어, 전기 부하에게 전기 에너지를 공급하도록 구성된다.
배터리 모듈(210)은, 하나 또는 둘 이상의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 모듈(210)에 복수의 배터리 셀들이 포함되는 경우, 이 중 어느 하나의 배터리 셀(211)은 나머지 중 적어도 하나의 배터리 셀(211)과 직렬 또는 병렬로 전기적 연결될 수 있다.
제1 전원 단자(231)는, 배터리 모듈(210)의 양극 단자에 전기적 연결 가능하게 구성된다. 제2 전원 단자(232)는, 배터리 모듈(210)의 음극 단자에 전기적 연결 가능하게 구성된다.
스위칭 디바이스(220)는, 제1 전원 단자(231)와 배터리 모듈(210)의 양극 단자 사이 또는 제2 전원 단자(232)와 배터리 모듈(210)의 음극 단자 사이에 설치된다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 스위칭 디바이스(220)가 제1 전원 단자(231)와 배터리 모듈(210)의 양극 단자 사이에 직렬로 전기적 연결되는 것으로 가정한다. 이 경우, 스위칭 디바이스(220)가 턴 온되어 있는 동안, 제1 전원 단자(231)와 배터리 모듈(210)의 양극 단자는 전기적 연결된다. 스위칭 디바이스(220)가 턴 오프되어 있는 동안, 제1 전원 단자(231)와 배터리 모듈(210)의 양극 단자는 전기적으로 분리된다.
제어 시스템(300)은, 배터리 모듈(210)로부터의 전기 에너지(이하, '방전 전원'이라고 함) 및 충전 장치로부터의 전기 에너지(이하, '충전 전원'이라고 함) 중 적어도 하나를 이용하여 동작 가능하게 구성된다.
제어 시스템(300)은, 보조 스위치(310), 전원 변환부(320), 중앙 처리부(330) 및 구동부(340)를 포함한다. 선택적으로, 제어 시스템(300)은, 센싱부(350)를 더 포함할 수 있다. 보조 스위치(310)의 온오프는 중앙 처리부(330)에 의해 제어된다. 센싱부(350)는, 전압 센서(351), 전류 센서 및 온도 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 전압 센서(351)는, 배터리 모듈(210)의 양극 단자와 음극 단자 사이의 전압인 모듈 전압을 측정한다. 전류 센서는 배터리 모듈(210)을 통해 흐르는 전류를 측정한다. 온도 센서는 배터리 모듈(210)에 직접 또는 근접 부착되어 배터리 모듈(210)의 온도를 측정한다. 센싱부(350)에 의해 측정되는 배터리 모듈(210)의 상태와 관련된 파마리터는 후술할 마이크로 컨트롤러(331)에 의해 수신될 수 있다.
전원 변환부(320)는 스위칭 디바이스(220)와 제1 전원 단자(231) 사이에 위치하는 제1 노드(N1)를 통해 충전 장치(예, 12V 납축 배터리)로부터 전원 단자에 공급되는 충전 전원을 수신하고, 수신된 충전 전원을 하나 또는 둘 이상의 서로 다른 전압 레벨을 가지는 구동 전원으로 변환하도록 구성된다. 이와 함께 또는 별개로, 전원 변환부(320)는 스위칭 디바이스(220)와 배터리 모듈(210)의 양극 단자 사이에 위치하는 제2 노드(N2)를 통해 배터리 모듈(210)로부터의 방전 전원을 수신하고, 수신된 방전 전원을 하나 또는 둘 이상의 서로 다른 전압 레벨을 가지는 구동 전원으로 변환하도록 구성된다.
중앙 처리부(330)는, 전원 변환부(320)로부터의 적어도 하나의 구동 전원을 이용하여 동작 가능하게 구성된다. 중앙 처리부(330)는, 그에 공급되는 어느 한 구동 전원의 전압 레벨을 기초로 제1 인에이블 신호를 생성하도록 구성된다. 제1 인에이블 신호는, 소정 레벨 이상의 전압을 가지는 신호일 수 있다.
구동부(340)는, 중앙 처리부(330)로부터의 제1 인에이블 신호에 응답하여, 스위칭 디바이스(220)를 턴 온시킨다. 스위칭 디바이스(220)와 보조 스위치(310) 각각은, 릴레이, FET과 같은 공지의 다양한 종류의 스위치를 이용하여 구현되는 것일 수 있다. 구동부(340)가 스위칭 디바이스(220)의 턴 온 및 턴 오프를 제어하기 위해, 공지의 다양한 방식이 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 구동부(340)는 스위칭 디바이스(220)에게 제1 제어 신호를 출력하도록 구성된다. 여기서, 구동부(340)에 의해 출력되는 제1 제어 신호는, 스위칭 디바이스(220)에게 제공된다. 제1 제어 신호는 전압의 형태를 가질 수 있다. 스위칭 디바이스(220)는, 구동부(340)로부터의 제1 제어 신호에 응답하여, 턴 온된다.
일 예로, 스위칭 디바이스(220)가 쌍안정(bi-stable) 타입이라면, 스위칭 디바이스(220)가 턴 온되어 있는 동안에는, 구동부(340)로부터 제1 제어 신호의 출력이 중단되더라도, 스위칭 디바이스(220)는 턴 온된 상태를 계속 유지한다. 이 경우, 구동부(340)가 제1 제어 신호와는 반대되는 신호를 출력하면, 스위칭 디바이스(220)는 턴 온 상태로부터 턴 오프 상태로 전환된다. 또한, 스위칭 디바이스(220)가 턴 오프된 상태에서, 구동부(340)로부터 제1 제어 신호가 출력되면, 스위칭 디바이스(220)는 턴 오프 상태로부터 턴 온 상태로 전환된다.
다른 예로, 스위칭 디바이스(220)가 FET이나 단안정(mono-stable) 타입이라면, 구동부(340)가 제1 제어 신호를 출력하는 동안 스위칭 디바이스(220)는 턴 온 상태를 유지하다가, 구동부(340)가 제1 제어 신호의 출력을 중단하면 스위칭 디바이스(220)는 턴 오프될 수 있다.
물론, 스위칭 디바이스(220)의 턴 온 및 턴 오프를 제어하는 방식이 위에서 언급된 예들에 한정되는 것은 아니며, 그 밖에 일반적으로 널리 이용될 수 있는 스위칭 제어 기법이 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2의 제어 시스템(300)을 보다 상세하게 도시한 배터리팩(200)의 구성도이다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 전원 변환부(320)는 제1 전원 회로(321) 및 제2 전원 회로(325)를 포함할 수 있고, 중앙 처리부(330)는 비교기(337) 및 마이크로 컨트롤러(331)를 포함할 수 있다. 마이크로 컨트롤러(331)는 MCU(Micro Control Unit)와 같이 데이터 연산 및 처리가 가능한 적어도 하나의 하드웨어 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 전원 회로(321) 및 제2 전원 회로(325) 각각은, DC-DC 컨버터나 스위칭 레귤레이터와 같은 전압 변환 회로를 포함할 수 있다.
제1 전원 회로(321)는, 입력 포트(322) 및 출력 포트(323)를 가지며, 충전 전원을 제1 구동 전원으로 변환하도록 구성된다. 구체적으로, 입력 포트(322)는, 제1 노드(N1)에 연결된다. 이에 따라, 제1 전원 단자(231) 및 제2 전원 단자(232)에 충전 장치가 연결되는 경우, 입력 포트(322)는 제1 노드(N1)를 통해 충전 장치로부터의 충전 전원을 수신할 수 있다. 출력 포트(323)는 비교기(337)에 연결되며, 비교기(337)에게 제1 구동 전원을 공급한다.
제2 전원 회로(325)는 입력 포트(326), 인에이블 포트(327) 및 출력 포트(328)를 가질 수 있고, 방전 전원 및 충전 전원 중 적어도 하나를 제2 구동 전원으로 변환하도록 구성된다. 즉, 제1 구동 전원과 제2 구동 전원은 서로 독립적으로 생성되는 것일 수 있다.
입력 포트(326)는, 적어도 제1 노드(N1)에 연결된다. 이에 따라, 제1 전원 단자(231) 및 제2 전원 단자(232)에 충전 장치가 연결되는 경우, 입력 포트(326)는 제1 노드(N1)를 통해 충전 장치로부터의 충전 전원을 수신할 수 있다. 또한, 입력 포트(326)는 제2 노드(N2)에 더 연결될 수 있다. 이 경우, 입력 포트(326)는 제2 노드(N2)를 통해 배터리 모듈(210)로부터의 방전 전원을 수신할 수 있다.
출력 포트(328)는 적어도 구동부(340)에 연결되며, 구동부(340)에게 제2 구동 전원을 공급한다. 출력 포트(328)는 마이크로 컨트롤러(331)에 더 연결될 수 있고, 이 경우 마이크로 컨트롤러(331)에게도 제2 구동 전원을 공급한다. 인에이블 포트(327)에 제1 인에이블 신호가 수신되는 동안, 제2 전원 회로(325)는 출력 포트(328) 상에 제2 구동 전원을 생성한다.
제1 전원 단자(231) 및 제2 전원 단자(232)에 충전 장치가 전기적 연결되어 있는 경우, 제2 전원 회로(325)는 충전 전원을 이용하여 제2 구동 전원을 생성할 수 있다. 반면, 제1 전원 단자(231) 및 제2 전원 단자(232)에 충전 장치가 전기적 연결되어 있지 않은 경우, 제2 전원 회로(325)는 방전 전원을 이용하여 제2 구동 전원을 생성할 수 있다.
비교기(337)는, 전원 포트(338) 및 출력 포트(339)를 가진다. 전원 포트(338)는, 제1 전원 회로(321)의 출력 포트(323)에 연결된다. 즉, 출력 포트(323)로부터의 제1 구동 전원이 전원 포트(338)에 입력된다. 비교기(337)는 전원 포트(338)를 통해 입력되는 제1 구동 전원을 이용하여 동작할 수 있다. 또한, 비교기(337)는 제1 구동 전원의 전압 레벨이 미리 정해진 전압 조건을 만족하는 경우, 제1 인에이블 신호를 출력 포트(339)를 통해 제2 전원 회로(325) 및 구동부(340)에게 전송할 수 있다.
마이크로 컨트롤러(331)는, 전원 포트(332), 센싱 포트(333) 및 출력 포트(334)를 가진다. 전원 포트(332)는, 제2 전원 회로(325)의 출력 포트(328)에 연결된다. 이에 따라, 전원 포트(332)는, 제2 구동 전원을 수신할 수 있다. 마이크로 컨트롤러(331)는 제2 구동 전원을 이용하여 동작하도록 구성된다. 제2 구동 전원이 전원 포트(332)에 공급되면 마이크로 컨트롤러(331)는 웨이크업 모드에서 동작하고, 그렇지 않으면 마이크로 컨트롤러(331)는 슬립 모드에서 동작할 수 있다.
마이크로 컨트롤러(331)는, 센싱부(350)에 의해 측정된 배터리 모듈(210)의 파라미터를 나타내는 신호(S)는 센싱 포트(333)를 통해 수신한다. 예컨대, 신호(S)에는, 전압 센서(351)에 의해 측정된 모듈 전압의 레벨을 나타내는 데이터가 포함될 수 있다. 마이크로 컨트롤러(331)는, 센싱 포트(333)를 통해 수신된 신호(S)가 나타내는 배터리 모듈(210)의 파라미터(예, 전압 센서로부터의 모듈 전압의 전압 레벨)를 기초로, 배터리 모듈(210)이 과방전 상태에 있는지 판정할 수 있다.
배터리 모듈(210)이 과방전 상태인 것으로 판정되는 경우, 마이크로 컨트롤러(331)는 특정 기능을 실행할 수 있다. 예를 들어, 충전 전원의 공급이 없는 동안에, 모듈 전압이 방전 종지 전압보다 낮게 미리 정해진 임계 전압 이하가 되는 경우, 마이크로 컨트롤러(331)는 보조 스위치(310)가 턴 온되도록 하는 제2 제어 신호(A)의 생성을 중단할 수 있다. 보조 스위치(310)는 마이크로 컨트롤러(331)의 출력 포트(334)에서 출력되는 제2 제어 신호(A)에 응답하여 턴 온된다. 출력 포트(334) 상에서의 제2 제어 신호(A)의 출력이 중단되어 있는 동안, 보조 스위치(310)는 턴 오프된 채로 유지된다.
또한, 충전 전원의 공급이 없으면서 보조 스위치(310)가 턴 오프되어 있는 동안에는, 배터리 모듈(210)로부터의 방전 전원이 제2 전원 회로(325)에게 공급되지 못하므로, 마이크로 컨트롤러(331)는 슬립 모드에서 동작하게 되고, 이에 따라 제어 시스템(300)은 불능 상태를 가질 수 있다. 마이크로 컨트롤러(331)가 슬립 모드에 진입한 상태에서, 전원 포트(332)에 의해 제2 구동 전원이 수신되면, 마이크로 컨트롤러(331)는 슬립 모드로부터 빠져나와 다시 웨이크업 모드에서 동작할 수 있다. 마이크로 컨트롤러(331)가 웨이크업 모드에서 동작함에 따라, 제어 시스템(300)의 불능 상태는 해제된다.
구동부(340)는, 전원 포트(341), 입력 포트(342) 및 출력 포트(343)를 가진다. 전원 포트(341)는 제2 전원 회로(325)의 출력 포트(328)에 연결되어, 제2 구동 전원을 수신한다. 구동부(340)는 제2 구동 전원을 이용하여 동작한다. 구동부(340)의 입력 포트(342)는 적어도 비교기(337)의 출력 포트(339)에 연결된다. 제2 전원 회로(325)로부터의 제2 구동 전압이 구동부(340)의 전원 포트(341)에 의해 수신되면서 비교기(337)의 출력 포트(339)로부터의 제1 인에이블 신호가 구동부(340)의 입력 포트(342)에 의해 수신되는 동안, 구동부(340)의 출력 포트(343)로부터 제1 제어 신호가 출력될 수 있다. 출력 포트(343) 상에서 출력되는 제1 제어 신호에 응답하여, 스위칭 디바이스(220)는 턴 온된다. 스위칭 디바이스(220)의 턴 온된 동안 충전 전원에 의해 배터리 모듈(210)의 충전 상태가 점차적으로 증가하여, 모듈 전압이 방전 종지 전압 위로 상승하면, 마이크로 컨트롤러(331)는 제2 제어 신호(A)의 생성을 재개할 수 있다. 이에 따라, 방전 전원이 보조 스위치(310)를 통해 마이크로 컨트롤러(331)에게 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 2의 제어 시스템(300)을 보다 상세하게 도시한 배터리팩(200)의 구성도이다.
도 3의 제어 시스템(300)과 비교할 때, 제1 논리 회로(360) 및 제2 논리 회로(370)를 더 포함하고, 마이크로 컨트롤러(331)가 입력 포트(335) 및 출력 포트(336)를 더 가진다는 점에서 상이하다. 따라서, 나머지 공통된 구성요소들에 대하여는 동일한 참조 부호를 부여하고, 각각에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
마이크로 컨트롤러(331)의 입력 포트(335)는, 충전 전원의 전압을 측정할 수 있도록 제1 노드(N1)에 연결된다. 따라서, 충전 장치가 제1 전원 단자(231) 및 제2 전원 단자(232)에 연결되는 경우, 스위칭 디바이스(220)의 온오프에 상관없이, 입력 포트(335)에 의해 충전 전원이 수신된다.
마이크로 컨트롤러(331)는, 전원 포트(332)에 제2 구동 전원이 공급되면서 입력 포트(335)에 인가되는 충전 전원의 전압이 측정되는 경우, 제2 인에이블 신호를 생성할 수 있다. 생성된 제2 인에이블 신호는 출력 포트(336)를 통해 출력된다.
제1 논리 회로(360)는, 입력 포트(361), 입력 포트(362) 및 출력 포트(363)를 가진다. 제1 논리 회로(360)의 입력 포트(361)는 보조 스위치(310)를 통해 제2 노드(N2)에 연결 가능하게 배치된다. 제1 논리 회로(360)의 입력 포트(362)는 제1 노드(N1)에 연결된다. 제1 논리 회로(360)의 출력 포트(363)는 제2 전원 회로(325)의 입력 포트(326)에 연결된다.
제1 논리 회로(360)는, 입력 포트(361)에 의해 소정의 전압 레벨 이상의 방전 전원이 수신되거나 입력 포트(362)에 의해 소정의 전압 레벨 이상의 충전 전원이 수신되는 경우, 출력 포트(363)를 통해 기준 전원을 출력할 수 있다. 기준 전원은 방전 전원 및 충전 전원 중 적어도 하나에 대응할 수 있다. 물론, 보조 스위치(310)가 턴 오프되어 있으면서 배터리팩(200)에 충전 장치가 접속되어 있는 경우, 기준 전원은 충전 전원과 동일할 수 있다. 바람직하게는, 제1 논리 회로(360)는 OR 게이트, 멀티플렉서 또는 와이드어 OR(wired-OR)를 포함할 수 있으며, 기준 전원은 방전 전원과 충전 전원의 논리합에 대응할 수 있다. 와이드어 OR(wired-OR)는, 입력마다 하나씩 연결되는 다이오드와 풀다운 저항 등으로 구현되는 것으로서, 널리 공지된 것인바 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제2 논리 회로(370)는 입력 포트(371), 입력 포트(372) 및 출력 포트(373)를 가진다. 제2 논리 회로(370)의 입력 포트(371)는 비교기(337)의 출력 포트(339)에 연결된다. 제2 논리 회로(370)의 입력 포트(372)는 마이크로 컨트롤러(331)의 출력 포트(336)에 연결된다. 제2 논리 회로(370)의 출력 포트(373)는 구동부(340)의 입력 포트(342)에 연결된다.
제2 논리 회로(370)는, 입력 포트(371) 및 입력 포트(372) 각각에 의해 제1 인에이블 신호 및 제2 인에이블 신호가 모두 수신되는 경우, 출력 포트(373)를 통해 통합 인에이블 신호를 출력할 수 있다. 바람직하게는, 제2 논리 회로(370)는 AND 게이트를 포함할 수 있으며, 통합 인에이블 신호는 제1 인에이블 신호 및 제2 인에이블 신호의 논리곱에 대응할 수 있다.
구동부(340)의 전원 포트(341)에 제2 구동 전원이 공급되면서 구동부(340)의 입력 포트(342)에 통합 인에이블 신호가 수신되는 경우, 구동부(340)의 출력 포트(343)로부터 제1 제어 신호가 출력된다. 제1 제어 신호는 출력 포트(343)로부터 스위칭 디바이스(220)에게 제공된다. 물론, 구동부(340)의 입력 포트(342)에 통합 인에이블 신호가 인가되더라도, 구동부(340)의 전원 포트(341)에 제2 구동 전원이 공급되지 않으면, 구동부(340)는 제1 제어 신호를 생성하지 않는다.
도 5는 도 3의 비교기의 동작을 설명하기 위한 참조도이다.
전술한 바와 같이, 비교기(337)는 전원 포트(338)을 통해 수신되는 제1 전원 회로(321)로부터의 제1 구동 전원의 전압 레벨이 미리 정해진 전압 조건을 만족하는 경우, 제1 인에이블 신호를 출력 포트(339)를 통해 제2 전원 회로(325) 및 구동부(340)에게 전송할 수 있다. 구체적으로, 비교기(337)는 최소 임계 레벨(VMIN _ TH)과 최대 임계 레벨(VMAX _ TH) 사이로 미리 정해진 전압 범위인 내에서 지속되는 시간을 카운팅하고, 카운팅된 시간이 미리 정해진 최소 임계 시간(TMIN _ TH) 이상인 경우, 제1 인에이블 신호를 생성할 수 있다.
도 5의 (a) 내지 (c) 구간은 제1 구동 전원의 전압 레벨이 시간에 따라 달라지는 모습을 보여준다.
먼저 도 5의 (a) 구간 T1~T2 동안, 제1 구동 전원의 전압 레벨이 최소 임계 레벨(VMIN_TH)과 최대 임계 레벨(VMAX _ TH) 사이에 위치하지만, 그 지속 시간 T2 - T1이 최소 임계 시간(TMIN _ TH) 미만이므로, 비교기(337)는 제1 인에이블 신호를 구동부(340)에게 출력하지 않는다.
다음으로 도 5의 (b) 구간 T3~T4동안, 제1 구동 전원의 전압 레벨이 최소 임계 레벨(VMIN _ TH)과 최대 임계 레벨(VMAX _ TH) 사이에 위치하므로, 그 지속 시간 T4 - T3이 최소 임계 시간(TMIN _ TH)을 넘으므로, 비교기(337)는 T3 + TMIN _ TH부터 제1 인에이블 신호를 구동부(340)에게 출력한다.
이어서, 도 5의 (c) 구간 T5~T6동안, 제1 구동 전원의 전압 최대 임계 레벨(VMAX_TH) 보다 높게 지속되므로, 그 지속 시간 T6 - T5에 무관하게, 비교기(337)는 제1 인에이블 신호를 구동부(340)에게 출력하지 않는다.
비교기(337)가 제1 인에이블 신호를 출력한다는 것은, 제1 구동 전원이 안정적으로 공급되고 있는 중임을 나타낸다. 또한, 제1 구동 전원이 안정적으로 공급된다는 것은, 충전 전원이 안정적으로 공급되는 중임을 나타낸다. 도 5의 (a) 구간이나 (c) 구간과 같이, 충전 전원의 불안정한 공급으로 인해 제1 구동 전원이 미리 정해진 전압 조건을 만족하지 않는 동안에는, 비교기(337)가 제1 인에이블 신호를 출력하지 않도록 설정함으로써, 스위칭 디바이스(220)의 원치 않는 턴 온을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하여 기 설명된 비교기의 동작은 도 3에 따른 제어 시스템은 물론 도 4에 따른 제어 시스템에게도 적용될 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.
200: 배터리 팩
210: 배터리 모듈
211: 배터리 셀
220: 스위칭 디바이스
231, 232: 전원 단자
300: 제어 시스템
310: 보조 스위치
320: 전원 변환부
321: 제1 전원 회로
325: 제2 전원 회로
330: 중앙 처리부
400: 차량
210: 배터리 모듈
211: 배터리 셀
220: 스위칭 디바이스
231, 232: 전원 단자
300: 제어 시스템
310: 보조 스위치
320: 전원 변환부
321: 제1 전원 회로
325: 제2 전원 회로
330: 중앙 처리부
400: 차량
Claims (11)
- 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈과 상기 배터리 팩의 전원 단자 사이에 직렬 연결되는 스위칭 디바이스를 제어하기 위한 시스템에 있어서,
상기 스위칭 디바이스와 상기 전원 단자 사이에 위치하는 제1 노드를 통해 상기 전원 단자에 공급되는 충전 전원을 제1 구동 전원으로 변환하도록 구성된 제1 전원 회로;
상기 제1 구동 전원을 이용하여 동작하면서 상기 제1 구동 전원의 전압 레벨이 미리 정해진 전압 조건을 만족하는 경우 제1 인에이블 신호를 생성하도록 구성된 비교기를 포함하는 중앙 처리부;
상기 제1 인에이블 신호를 수신하는 경우, 상기 충전 전원을 상기 제1 구동 전원과는 독립적인 제2 구동 전원으로 변환하도록 구성되는 제2 전원 회로; 및
상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원을 이용하여 동작하고, 상기 제2 구동 전원이 수신되는 동안에 상기 비교기로부터의 제1 인에이블 신호에 응답하여, 상기 스위칭 디바이스에게 제어 신호를 출력하도록 구성된 구동부;를 포함하되,
상기 스위칭 디바이스는, 상기 제어 신호에 응답하여, 턴 온되는, 스위칭 디바이스 제어 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 중앙 처리부는,
상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원을 이용하여 동작하도록 구성되고, 상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원이 수신되는 동안에 상기 제1 노드를 통해 상기 충전 전원이 수신되는 경우, 제2 인에이블 신호를 출력하는 마이크로 컨트롤러;
를 더 포함하는, 스위칭 디바이스 제어 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원을 이용하여 동작하도록 구성되고,
상기 제2 전원 회로로부터의 상기 제2 구동 전원이 수신되는 동안에 상기 제1 인에이블 신호 및 상기 제2 인에이블 신호가 모두 수신되는 경우, 상기 제어 신호를 출력하는, 스위칭 디바이스 제어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 비교기는,
상기 제1 구동 전원의 전압 레벨이 미리 정해진 전압 범위 내에서 지속되는 시간을 카운팅하고, 상기 카운팅된 시간이 미리 정해진 임계 시간 이상인 경우, 상기 제1 인에이블 신호를 생성하는, 스위칭 디바이스 제어 시스템.
- 제1항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 디바이스 제어 시스템;
을 포함하는, 배터리 팩.
- 제1항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 디바이스 제어 시스템;
을 포함하는, 차량.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20170410 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20190711 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20170410 Comment text: Patent Application |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200828 Patent event code: PE09021S01D |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20210129 |
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| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20210419 Patent event code: PR07011E01D |
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Payment date: 20210419 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
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| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240319 Start annual number: 4 End annual number: 4 |