배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치 및 방법, 그리고 상기 장치를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 관리 장치 |
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申请号 | KR1020090082215 | 申请日 | 2009-09-01 | 公开(公告)号 | KR1020100027084A | 公开(公告)日 | 2010-03-10 | ||||||||||||
申请人 | 주식회사 엘지화학; | 发明人 | 강주현; 김지호; 권동근; | ||||||||||||||||
摘要 | PURPOSE: A switch control device, a battery pack, and a battery management device thereof are provided to reduce the frequency of a failure by equalizing a turn-off order according to the current range. CONSTITUTION: A memory(54) stores a turn-off number and order of a first and a second switch part for controlling connection between a load and a battery pack according to a current range. A controller equalizes the turn-off order of the first and the second switch part with reference to a turn-off number and order. The first switch part(20) is installed on a high potential line interlinking the load and the anode of the battery pack. The second switch part(30) is installed on a low potential line interlinking the load and the cathode of the battery pack. The controller(52) detects the amplitude level of a discharge current when the battery pack is disconnected with the load. | ||||||||||||||||||
权利要求 | 배터리 팩과 부하의 연결을 제어하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 전류범위에 따라 저장하는 메모리; 및 방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 대응하는 턴오프 회수 및 순서를 참조하여 상기 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치. 제1항에 있어서, 상기 제1스위치부는 배터리 팩의 양극과 부하를 연결한 고전위 선로 상에 설치되고, 상기 제2스위치부는 배터리 팩의 음극과 부하를 연결한 저전위 선로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 배터리 팩과 부하의 연결 해제 시 방전전류의 크기 레벨을 검출하고, 메모리에 저장된 전류범위 중 상기 방전전류의 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 스위치부 턴오프 회수와 순서를 메모리로부터 리드하고, 리드된 스위치부 턴오프 회수와 순서를 이용하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 제1 및 제2스위치부 중 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어 장치. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수가 동일하면 가장 최근에 턴오프 동작을 하지 않은 스위치부터 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치. 제2항에 있어서, 상기 고전위 선로의 바이패스 선로 상에 설치된 프리 차지 스위치부; 및 상기 프리차지 스위치부와 직렬 접속된 전류제한 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치. 제6항에 있어서, 상기 제어부는 배터리 팩과 부하의 연결 시 제2스위치부, 프리 차지 스위치부 및 제1스위치부 순서로 턴온시키고, 상기 제1스위치부가 턴온되면 일정 시간 이후에 프리 차지 스위치부를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 배터리 팩과 부하 간의 연결이 해제된 시점을 기준으로 배터리의 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 갱신하여 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치. 제1항 내지 제8항에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치를 포함하는 배터리 팩. 제1항 내지 제8항에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치를 포함하는 배터리 관리 장치. (a) 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 전류범위에 따라 메모리에 저장하는 단계; (b) 배터리 팩과 부하의 연결 해제 시 배터리의 방전전류 크기 레벨을 검출하는 단계; 및 (c) 검출된 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 상기 메모리로부터 참조하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제하는 단계;를 포함하 는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법. 제11항에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 제1 및 제2스위치부 중 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어 방법. 제11항에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수가 동일하면 가장 최근에 동작하지 않은 스위치부터 턴오프시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법. 제11항에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 메모리에 저장된 전류범위 중 상기 검출된 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위를 식별하는 단계; 상기 식별된 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 상기 메모리로부터 리드하는 단계; 및 상기 리드된 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 참조하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법. 제11항에 있어서, 상기 메모리에서 방전전류의 크기 레벨이 속하는 전류범위를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 갱신하여 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법. 제11항에 있어서, 상기 제1스위치부는 배터리 팩의 양극과 부하를 연결한 고전위 선로 상에 설치된 스위치부이고, 상기 제2스위치부는 배터리 팩의 음극과 부하를 연결한 저전위 선로 상에 설치된 스위치부임을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법. 제16항에 있어서, 상기 고전위 선로의 바이패스 선로 상에 프리 차지 스위치부를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 (b) 단계를 진행하기 전에, 상기 제2스위치부, 프리 차지 스위치부 및 제1스위치부 순서로 턴온시키고, 상기 제1스위치부가 턴온되면 일정 시간 이후에 프리 차지 스위치부를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법. |
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说明书全文 |
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전류 범위 | 제1스위치부 턴오프 회수 (최근 작동 여부) | 제2스위치부 턴오프 회수 (최근 작동 여부) |
Low(≤10A) | 2(0) | 3(1) |
Middle(10A~50A) | 2(1) | 1(0) |
High(50A≥) | 4(0) | 4(1) |
[표 1]
상기 표1과 도 2를 참조하여 스위치부의 턴오프 순서 제어 과정을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
일 예로, 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨이 5A 였다고 가정하자. 이런 경우, 제어부(52)는 메모리(54)에 저장된 전류범위 중 5A가 속하는 전류범위인 Low 범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수 정보를 리드한다. 상기 표1에 따르면, 제1스위치부(20)의 턴오프 회수는 제2스위치부(30)의 턴오프 회수보다 1이 작다. 따라서 제어부(52)는 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 턴오프 회수를 비교하고 제2스위치부(30) 보다 턴오프 회수가 1회 적은 제1스위치부(20)를 먼저 턴오프시킨 후 제2스위치부(30)를 턴오프 시킨다.
다른 예로, 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨이 30A 였다고 가정하다. 이런 경우, 제어부(52)는 메모리(54)에 저장된 전류범위 중 30A가 속하는 Middle 범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수를 리드한다. 상기 표1에 따르면, 제2스위치부(30)의 턴오프 회수가 제1스위치부(20)의 턴오프 회수보다 1이 작다. 따라서 상기 제어부(52)는 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 턴오프 회수를 비교하고 턴오프 회수가 제1스위치부(20) 보다 1회 적은 제2스위치부(30)를 먼저 턴오프시킨 후 제1스위치부(20)를 턴오프 시킨다.
또 다른 예로, 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨이 60A 였다고 가정하자. 이런 경우, 제어부(52)는 메모리(54)에 저장된 전류범위 중 60A가 속하는 High 범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수를 리드한다. 상기 표1에 따르면, 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 턴오프 회수가 같다. 이런 경우, 제어부(52)는 제1스위치부(20) 및 제2스위치부(30)의 턴오프 순서를 메모리(54)로부터 리드하여 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)중 가장 최근에 턴오프 동작을 하지 않은 스위치부를 식별하고 식별된 스위치부부터 먼저 턴오프 동작시킨다. 즉, 상기 제어부(52)는 제2스위치부(30)가 가장 최근에 턴오프 동작을 하였으므로 제1스위치부(20)를 먼저 턴오프시킨 후 그 다음으로 제2스위치부(30)를 턴오프 시킨다.
상기에서 설명된 실시예에서, Low, Middle, High로 설정된 전류 범위는 본 발명을 설명하기 위한 일 예시에 불과하다. 따라서, 전류범위는 다양하게 설계 변경이 가능함은 물론이다.
한편, 도 2에는 배터리 팩(10)으로부터 부하(40) 측으로 흐르는 방전전류의 크기 레벨을 측정하여 메모리(54)에 저장하기 위한 구성이 도시되어 있지 않다. 하지만 방전전류의 측정 기술은 공지된 기술로 용이하게 구현 가능하다.
일 예로, 방전전류가 흐르는 선로에 전류 센서를 설치하고 전류 센서가 출력하는 방전전류 값을 제어부(52)가 입력 받아 메모리(54)에 저장할 수 있다. 다른 예로, 방전전류가 흐르는 선로 상에 전류 측정용 저항을 설치하고 제어부(54)가 저항을 알고 있는 전류 측정용 저항의 양단 전압을 검출하여 오옴의 법칙에 의해 방전전류 값을 계산한 후 메모리(54)에 저장할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 제어부는 부하(40)가 장착된 장치로부터 방전전류 값을 입력받아 메모리(54)에 저장할 수도 있다. 예컨대, 부하(40)가 자동차의 모터인 경우 자동차에 탑재된 배터리 관리 장치는 모터로 공급되는 방전전류를 검출하여 그 값을 지속적으로 모니터링하므로 상기 제어부(52)는 통신 인터페이스를 통해 상기 배터리 관리 장치로부터 방전전류 값을 전송 받아 메모리(54)에 저장할 수도 있다. 이 이외에도 제어부(52)가 방전전류의 크기 레벨을 획득하는 방식은 여러 가지 변형이 가능할 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
상술한 본 발명에 따른 스위치부 제어장치는 배터리 팩 내에 구비될 수도 있 고, 배터리의 충방전을 제어하는 배터리 관리 장치 내에 포함될 수도 있다. 따라서 본 발명은 상기 스위치부 제어장치의 설치 위치에 한정되지 않음은 자명하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 단계(S100)에서 배터리 팩과 부하의 연결 해제 요청이 있으면 제어부(52)는 메모리로(54)부터 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가되는 방전전류 크기 레벨 정보를 리드하고, 리드된 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부(20, 30) 턴오프 회수 및 순서 정보를 리드한다.
다음으로, 단계(S200)에서 제어부(52)는 리드된 전류범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수가 동일한지를 판단한다.
상기 S200 단계에서 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수가 동일하지 않은 것으로 판단되면, 단계(S300)으로 이행하여 턴오프 회수가 적은 스위치부터 턴오프하여 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 완전히 해제한다.
단계(S400)에서는, 방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수 및 순서 정보를 갱신하여 메모리(54)에 저장한다. 단계(S400)을 진행하는 목적은 차후에 배터리 팩과 부하의 연결을 해제할 때 턴오프 회수와 순서 정보를 참고하기 위함이다.
한편, 상기 S200 단계에서 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수가 동일한 것으로 판단되면, 단계(S500)으로 이행하여 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 순서로부터 가장 최근에 턴오프 동작을 한 스위치부를 식별하고, 최근에 턴오 프되지 않은 스위치부부터 턴오프시켜 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 완전히 해제한다. 예를 들어, 제1스위치부(20)가 가장 최근에 턴오프 동작을 하였다면, 제2스위치부(30)부터 턴오프시켜 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 완전히 해제한다.
단계(S600)에서는, 방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수 및 순서 정보를 갱신하여 메모리(54)에 저장한다. 단계(S600)을 진행하는 목적은 차후에 배터리 팩과 부하의 연결을 해제할 때 턴오프 회수와 순서 정보를 참고하기 위함이다.
상술한 바와 같이, 배터리 팩(10)과 부하(40)를 연결하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)를 방전전류의 크기 레벨에 따라 균등하게 턴오프 시키면 아크 손상의 상대적 집중으로 인해 특정 스위치부의 고장 또는 오작동 빈도수가 증가하고, 스위치부 사용 수명이 감소되는 현상을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 스위치부의 턴오프 회수와 순서를 방전전류의 레벨에 따라 차등적으로 관리함으로써 스위치부 손상의 편중을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 즉 전류범위에 구분을 두지 않고 스위치부의 턴오프 순서를 관리하면, 전체 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프 되더라도 스위치부 손상의 편중이 발생될 수 있다. 전체 턴오프 회수가 작은 스위치부라도 방전전류가 큰 환경에서 턴오프된 경우가 많다면 전체 턴오프 회수가 많은 스위치부보다 스위치부 손상이 더 클 수 있기 때문이다. 하지만 본 발명은 방전전류의 크기 레벨에 따라 턴오프 회수를 균등화시키므로 위와 같은 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
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.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 배터리 팩과 부하가 릴레이 스위치부를 통해 접속되어 있는 상태를 개념적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치를 도시한 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.