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KR101312263B1 - 운송 수단 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR101312263B1
KR101312263B1 KR1020120030236A KR20120030236A KR101312263B1 KR 101312263 B1 KR101312263 B1 KR 101312263B1 KR 1020120030236 A KR1020120030236 A KR 1020120030236A KR 20120030236 A KR20120030236 A KR 20120030236A KR 101312263 B1 KR101312263 B1 KR 101312263B1
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South Korea
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battery cell
generation module
power generation
diode
charging current
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주리아
임지홍
김석겸
박성준
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 발전 모듈로부터 충전 전류를 공급받아 전력을 충전하는 배터리 셀; 상기 발전 모듈과 상기 배터리 셀 사이에 직렬 연결되어 상기 충전 전류를 도통시키는 다이오드; 및 상기 다이오드의 온도에 따라 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 운송 수단이 제공된다.

Description

운송 수단 및 그 제어 방법 {Vehicle and method for controlling the same}
본 발명의 실시예들은 운송 수단 및 운송 수단의 제어 방법에 대한 것이다.
통상적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
종래에는 엔진 시동을 위한 전원공급장치로서, 납 축전지를 사용하고 있다. 최근에는 연비 개선을 위하여 ISG(Idle Stop & Go) 시스템이 적용되고 있으며, 점차 확산되는 추세이다. 공회전 제한장치인 ISG 시스템을 지원하는 전원공급장치는, 엔진 시동을 위한 고출력을 낼 수 있는 출력 특성과 잦은 시동에도 불구하고 충, 방전 특성이 강건하게 유지되고, 수명이 보장되어야 한다. 그런데, 기존의 납 축전지는 ISG 시스템 하에서 빈번하게 엔진 중지 및 재시동이 반복됨에 따라 충, 방전 특성이 열화되는 문제가 있다.
국내 공개 특허 제2001-0009253호
본 발명의 실시예들은 배터리 셀이 운송 수단의 발전 모듈로부터 충전 전류 공급 받는 구성에서, 발전 모듈의 출력 전압과 배터리 셀의 정격 전압이 차이나는 경우, 소자를 보호하면서 안전성을 보장하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면,
발전 모듈로부터 충전 전류를 공급받아 전력을 충전하는 배터리 셀;
상기 발전 모듈과 상기 배터리 셀 사이에 직렬 연결되어 상기 충전 전류를 도통시키는 다이오드; 및
상기 다이오드의 온도에 따라 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 운송 수단이 제공된다.
상기 운송 수단은, 상기 다이오드의 온도를 측정하는 온도 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀은 리튬-이온 배터리 셀일 수 있다.
나아가, 상기 발전 모듈의 출력 전압은 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압보다 높고, 상기 다이오드는 상기 발전 모듈의 출력 전압과 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압의 전압 차에 대응하는 전압 강하를 수반할 수 있다.
상기 제어부는 상기 다이오드의 온도가 제1 기준 온도 이상이면 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 감소시킬 수 있다.
일례로서, 상기 운송 수단은, 엔진; 및 상기 엔진으로부터 공급되는 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 발전 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 운송 수단은, 상기 운송 수단의 엔진 시동을 위한 시동 동력을 제공하고, 상기 배터리 셀로부터 방전 전류를 공급받는 스타터 모터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 운송 수단은,
상기 발전 모듈과 상기 배터리 셀 사이에서, 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 스위치를 구비하는 바이패스부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 제1 기준값 이하이면 상기 바이패스부를 도통시키고, 상기 제1 기준값을 초과하면 상기 바이패스부를 차단시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 상기 제1 기준값을 초과하는 경우에만 상기 다이오드의 온도에 따라 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절할 수 있다.
또한, 상기 운송 수단은, 상기 발전 모듈과 상기 배터리 셀 사이에서, 상기 다이오드와 병렬로 연결되고, 상기 배터리 셀로부터 출력되는 방전 전류를 도통시키는 방전부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 운송 수단의 제어 방법에 있어서,
상기 운송 수단은 다이오드를 통해 발전 모듈로부터 배터리 셀로 충전 전류를 공급하고, 상기 운송 수단의 제어 방법은,
상기 다이오드의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 다이오드의 온도에 따라 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 단계를 포함하는, 운송 수단의 제어 방법이 제공된다.
상기 배터리 셀은 리튬-이온 배터리 셀일 수 있다.
또한, 상기 발전 모듈의 출력 전압은 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압보다 높고, 상기 다이오드는 상기 발전 모듈의 출력 전압과 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압의 전압 차에 대응하는 전압 강하를 수반할 수 있다.
나아가 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 단계는, 상기 다이오드 온도가 제1 기준 온도 이상이면 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 감소시키도록 조절할 수 있다.
일례로서, 상기 발전 모듈은 상기 운송 수단의 엔진으로부터 공급되는 에너지로부터 전기 에너지를 생성하고, 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 단계는, 상기 운송 수단의 메인 제어부에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀은 상기 운송 수단의 엔진 시동을 위한 시동 동력을 제공하는 스타터 모터에 방전 전류를 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 운송 수단의 제어 방법은,
상기 배터리 셀의 충전 상태를 감지하는 단계;
상기 배터리 셀의 충전 상태가 제1 기준값 이하이면, 상기 충전 전류를 상기 다이오드와 병렬 연결된 바이패스 경로로 바이패스시키는 단계; 및
상기 배터리 셀의 충전 상태가 상기 제1 기준값을 초과하면, 상기 바이패스 경로를 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 단계는, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 상기 제1 기준값을 초과하는 경우에만 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 셀이 운송 수단의 발전 모듈로부터 충전 전류 공급 받는 구성에서, 발전 모듈의 출력 전압과 배터리 셀의 정격 전압이 차이나는 경우, 소자를 보호하면서 안전성을 보장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단(10)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100a)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 시간에 따른 배터리 전압(Vbat), 다이오드 온도, 및 배터리 셀 온도의 변화를 나타낸 예시적인 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100b)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 시간에 따른 배터리 셀의 전압(Vbat), 다이오드 온도, 및 배터리 셀 온도의 변화를 나타낸 예시적인 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 운송 수단의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단(10)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 엔진을 구비하는 운송 수단(10)에 장착될 수 있다. 운송 수단(10)은 예를 들면 자동차, 전기 자전거 등일 수 있다.
상기 배터리 팩(100)은, 발전 모듈(110)로부터 생성되는 충전 전류(I1)를 공급받아 전기 에너지를 저장하고, 스타터 모터(120)로 방전 전류(I2)을 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 발전 모듈(110)은 엔진(미도시)과 동력 연결될 수 있으며, 엔진의 구동축과 연결되어 회전 동력을 전기적인 출력으로 변환할 수 있다. 이때, 발전 모듈(110)로부터 생성된 충전 전류(I1)는, 배터리 팩(100)으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 발전 모듈(110)은, DC 발전기(미도시), 또는 AC 발전기(미도시)와 정류장치(미도시) 등을 포함할 수 있으며, 대략 DC 15V, 보다 구체적으로, DC 14.2V ~ 14.8V의 전압을 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 스타터 모터(120)는, 엔진의 시동 시에 가동되며, 엔진의 구동축을 회전시키는 초기 회전동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 스타터 모터(120)는 배터리 팩(100)의 제1, 제2 단자(P1, P2)를 통하여 저장된 전력을 공급받아, 엔진의 가동 시 또는 아이들 스탑(idle stop) 이후 엔진의 재가동시에 구동축을 회전시켜 엔진을 시동할 수 있다. 상기 스타터 모터(120)는 엔진 시동 시에 가동되며, 스타터 모터(120)에 의해 시동된 엔진의 가동 중에는 발전 모듈(110)이 구동되어 충전 전류(I1)를 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩(100)은, 연비개선을 위해 ISG(Idle Stop & Go) 기능이 구현된 ISG 시스템의 엔진 시동을 위한 전원장치로 적용될 수 있다. ISG 시스템에서는 엔진의 중지와 재시동이 빈번하게 반복됨에 따라 배터리 팩(100)의 충, 방전이 반복된다.
종래 ISG 시스템에 적용되는 납 축전지는, 충, 방전동작이 빈번하게 반복됨에 따라 내구수명이 단축되고, 충, 방전특성이 저하되는 문제가 있다. 예를 들어, 충, 방전의 반복에 따라 충전용량이 저하되어 엔진의 시동성이 떨어지며, 납 축전지의 교환 주기가 짧아지는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 팩(100)이 납 축전지에 비해, 충, 방전 특성이 비교적 일정하게 유지되며 경시적 열화가 적은 리튬-이온 전지(Lithium-ion battery)를 포함함으로써, 엔진의 중지 및 재시동이 반복되는 ISG 시스템에 적합하게 적용될 수 있다. 또한, 동일 충전용량의 납 축전지에 비해, 저 중량화가 가능하므로, 연비개선 효과를 기대할 수 있으며, 납 축전지보다 적은 부피로도 동일 충전용량을 구현할 수 있으므로, 탑재공간을 절약할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 실시예는 배터리 팩(100)이 리튬-이온 전지를 포함하는 것에 한정되지 않고, 배터리 팩(100)은 다양한 종류의 전지를 포함할 수 있다. 단, 배터리 팩(100)에 포함되는 전지는 발전 모듈(110)의 출력 전압보다 정격 전압이 낮을 수 있다. 예를 들면, 배터리 팩(100)에는 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery) 등이 적용될 수도 있다.
한편, 상기 배터리 팩(100)에는, 발전 모듈(110) 및 스타터 모터(120)와 함께, 적어도 하나의 전기 부하(130)가 연결될 수 있다. 전기 부하의 개수 및 종류는 운송 수단(10)의 구체적인 구현 예에 따라 달라질 수 있다. 전기 부하(130)는, 배터리 팩(100)에 저장된 전력을 소비하는 것으로, 제1, 제2 단자(P1, P2)를 통하여 배터리 팩(100)으로부터 방전 전류(I2)를 공급받을 수 있다. 전기 부하(130)는 예를 들면 네비게이션, 오디오, 조명등, 차량용 블랙 박스, 도단 방지 장치 등 다양한 종류의 전자 장치일 수 있다.
메인 제어부(140)은 배터리 팩(100)이 장착된 운송 수단(10)의 전체 동작을 제어하는 제어부이다. 메인 제어부(140)는 배터리 팩(100)과 제3 단자(P3)를 통해 연결되어 제어 신호를 교환하고, 배터리 팩(100)의 상태를 모니터링 하고, 배터리 팩(100)의 동작을 제어할 수 있다. 또한 메인 제어부(140)는 발전 모듈(110)의 출력 전류를 조절할 수 있다. 메인 제어부(140)는 배터리 팩(100)의 상태를 모니터링하여, 발전 모듈(110)의 출력 전류(I1)를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
메인 제어부(140)는 운송 수단(10)과 배터리 팩(100)를 모두 제어하는 운송 수단(10)의 제어부로 동작할 수 있다.
다른 예로서 메인 제어부(140)와 배터리 제어부가 별개로 형성되고, 메인 제어부(140)는 배터리 제어부로부터 제공되는 제어 신호 또는 데이터에 따라 발전 모듈의 전류를 제어할 수 있다. 이러한 경우에도 발전 모듈(110)의 전류를 제어하는 운송 수단(10)의 제어부는 메인 제어부(140)가 된다. 본 명세서에서는 메인 제어부(140)와 배터리 제어부가 별개로 형성된 실시예를 중심으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100a)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100a)은 배터리 셀(210), 다이오드(D1), 방전부(220), 배터리 제어부(BMS; Battery management system, 230), 및 온도 검출부(240)를 포함할 수 있다.
배터리 셀(210)은 리튬-이온 전지, 니켈-수소 전지 등으로 구현될 수 있다. 배터리 셀(210)은 발전 모듈(110)로부터 공급된 충전 전류를 공급받아 충전한다. 또한 배터리 셀(210)은 스타터 모터(120), 전기 부하 (130)에 충전 전력을 공급할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀(210)의 정격 전압은 발전 모듈(110)의 출력 전압보다 낮다. 예를 들면, 배터리 셀(210)이 리튬-이온 전지로 구현되는 경우, 발전 모듈은 대략 DC 14.2V 내지 14.8V 범위의 전압을 공급하고, 리튬-이온 전지는 대략 DC 12.6V 내지 13.05V의 정격 전압을 가질 수 있다.
다이오드(D1)는 제1 단자(P1)와 배터리 셀(210) 사이에 직렬로 연결되어, 제1 단자(P1)를 통해 입력되는 충전 전류(I1)를 배터리 셀(210)로 공급한다. 다이오드(D1)는 발전 모듈(110)의 출력 전압과 배터리 셀(210)의 정격 전압의 차이에 해당하는 전압 강하를 수반하도록 구성된다. 다이오드(D1)는 제1 단자(P1)에 애노드가 연결되고, 배터리 셀(210)에 캐소드가 연결되어, 배터리 팩(100a)의 충전 경로를 형성한다. 본 발명의 실시예들은 다이오드(D1)가 한 개의 다이오드로 형성된 구성, 복수의 다이오드가 직렬로 연결된 구성, 또는 복수의 다이오드가 병렬로 연결된 구성 등 다양한 실시예를 포함한다.
방전부(220)는 다이오드(D1)와 병렬로 연결되어 방전 경로를 형성한다. 방전부(220)는 스위치, 다이오드, 컨버터 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 방전부(220)는 배터리 셀(210)로부터 출력되는 방전 전류를 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)를 통해 출력한다.
온도 검출부(240)는 다이오드(D1)의 온도를 측정한다. 온도 검출부(240)는 다양한 종류의 온도 센서로 구성될 수 있다. 온도 검출부(240)는 측정된 온도를 나타내는 온도 데이터를 BMS(230)로 제공한다.
BMS(230)는 배터리 팩(100a)의 전반적인 동작을 제어한다. BMS(230)는 예를 들면, 배터리 셀(210) 모니터링, 배터리 셀(210)의 셀 밸런싱 동작, 충방전의 개시 또는 차단, 메인 제어부(140)와 통신 등의 동작을 수행할 수 있다. BMS(230)는 제3 단자를 통해 메인 제어부(140)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 BMS(230)는 온도 검출부(240)에서 검출된 다이오드(D1)의 온도에 따라 발전 모듈(110)의 출력 전류를 조절한다. 예를 들면, 발전 모듈(110)의 출력 전류 조절은 메인 제어부(140)에 발전 모듈(110)의 출력 전류를 조절할 것을 요청하는 제어신호를 전달하여 수행될 수 있다. 다른 예로서, BMS(230)는 다이오드(D1)의 온도 데이터를 메인 제어부(140)에 전달하고, 메인 제어부(140)가 온도 데이터에 따라 발전 모듈(110)의 출력 전류를 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 시간에 따른 배터리 전압(Vbat), 다이오드 온도, 및 배터리 셀 온도의 변화를 나타낸 예시적인 그래프이다. 도 3에서 Vbat은 배터리 셀(210)의 전압을 나타낸다. 배터리 셀(210)의 전압(Vbat)은 배터리 셀(210)의 충전 상태(SOC; state of charging)의 일례이다.
도 3과 같이 시간에 따라 배터리의 충전 상태가 만방전 상태로부터 만충전 상태로 다가가는 경우, 충전 전류의 크기가 큰 충전 초기에는 다이오드(D1)의 온도가 급격하게 상승하다가, 배터리 셀(210)의 전압(Vbat)이 소정 레벨 이상으로 상승하여 충전 전류의 크기가 감소하면 다시 다이오드(D1)의 온도가 감소하는 특성을 보인다. 그런데 다이오드(D1)의 온도가 충전 초기에 급격하게 상승함에 의해, 다이오드(D1)가 파괴되거나 소자 특성이 변화될 위험이 있다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다이오드(D1)는 발전 모듈(110)과 배터리 셀(210)의 정격 전압의 차이에 해당하는 전압 강하를 수반하기 때문에, 다이오드(D1)에서 전기 에너지가 소모되게 되고, 이로 인해 다이오드(D1)에서 상당량의 열이 발생할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 다이오드(D1)의 온도는 배터리 셀(210)의 온도보다 더 빠른 속도로 상승할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다이오드(D1)에서의 발열이 배터리 팩(100a)의 안전성을 위협할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 다이오드(D1)의 온도를 측정하여, 다이오드(D1)의 온도가 제1 기준 온도(Td) 이상인 경우, 또는 제1 기준 온도(Td)를 초과하는 경우에 발전 모듈(110)로부터 공급되는 충전 전류를 조절함으로써, 다이오드(D1)에서의 발열로 인한 문제점을 해결한다. 구체적으로 BMS(230) 또는 메인 제어부(140)는 다이오드(D1)의 온도가 제1 기준 온도(Td)이상인 경우, 또는 제1 기준 온도(Td)를 초과하는 경우에, 발전 모듈(110)로부터 공급되는 충전 전류의 크기를 감소시키거나, 충전 전류를 차단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 팩(110)이 동작하는 동안, 온도 검출부(240)는 다이오드(D1)의 온도를 측정한다(S402). 다이오드(D1)의 온도 측정은 계속적으로 수행되거나, 주기적으로 수행되는 등 다양한 형태로 수행될 수 있다.
다이오드(D1)의 온도가 제1 기준 온도(Td)보다 큰 경우(S404), BMS(230)는 메인 제어부(140)에 발전 모듈(110)로부터 출력되는 충전 전류를 감소시키도록 요청할 수 있다(S406). 다른 예로서, 다이오드(D1)의 온도가 제1 기준 온도(Td)보다 큰 경우(S404), BMS(230)는 메인 제어부(140)에 다이오드(D1)의 온도 데이터를 제공하고, 메인 제어부(140)는 BMS(230)로부터 제공받은 다이오드(D1)의 온도 데이터에 따라 발전 모듈(110)로부터 공급되는 충전 전류를 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100b)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100b)은 배터리 셀(210), 다이오드(D1), 방전부(220), BMS(230), 온도 검출부(240), 및 바이패스부(410)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다이오드(D1)와 바이패스부(410)가 제1 단자(P1)와 배터리 셀(210) 사이에 병렬로 연결되어, 배터리 셀의 충전 상태에 따라 바이패스부(410)를 연결시키거나 차단시킬 수 있다. 바이패스부(410)는 스위칭 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
BMS(230)는 배터리 팩(100b)이 동작하는 동안 배터리 셀(210)의 충전 상태를 측정한다. BMS(230)는 배터리 셀(210)의 충전 상태에 따라 제1 충전 경로(PATH1)를 통해 충전 전류를 도통시키거나, 제2 충전 경로(PATH2)를 통해 충전 전류를 도통시킨다.
구체적으로, 배터리 셀(210)의 충전 상태가 기준 레벨 이하인 경우, BMS(230)는 바이패스부(410)의 스위칭 소자를 연결시켜 제1 충전 경로(PATH1)를 통해 충전 전류를 도통시킨다. 이로 인해 배터리 셀(210)의 충전 상태가 기준 레벨 이하이면, 다이오드(D1)를 통해서는 충전 전류가 거의 흐르지 않아, 다이오드(D1)에서 발열이 거의 발생하지 않게 된다.
배터리 셀(210)의 충전 상태가 기준 레벨을 초과하는 경우, BMS(230)는 바이패스부(410)의 스위칭 소자를 오프시켜, 제2 충전 경로(PATH2)를 통해 충전 전류를 도통시킨다. 이로 인해 배터리 셀(210)의 충전 상태가 기준 레벨을 초과하면, 다이오드(D1)를 통해 충전 전류를 공급받는다. 또한, BMS(230)는 제2 충전 경로(PATH2)를 통해 충전 전류를 도통시키는 경우, 온도 검출부(240)를 이용하여 다이오드(D1)의 온도를 모니터링하고, 다이오드(D1)의 온도가 제1 기준 온도 이상인 경우, 다이오드(D1)의 온도에 따라 발전 모듈(110)로부터 공급되는 충전 전류를 조절한다. 예를 들면, BMS(230)는 다이오드(D1)의 온도가 제1 기준 온도 이상인 경우, 발전 모듈(110)로부터 공급되는 충전 전류를 감소시키도록 메인 제어부(140)에 요청할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리 셀(210)의 과충전이 문제되지 않는 충전 초기에는 다이오드(D1)를 통한 전압 강하를 수반하지 않고 바이패스부(410)를 통해 충전 전류를 공급받고, 배터리 셀(210)의 과충전이 문제되는 구간에서만 다이오드(D1)를 통해 충전 전류를 공급받아, 다이오드(D1)의 발열을 감소시키는 효과가 있다. 또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다이오드(D1)를 통해 충전 전류를 공급받는 동안에는 BMS(230)가 다이오드(D1)의 온도를 모니터링하고, 다이오드(D1)의 온도가 소정값 이상인 경우에 충전 전류를 감소시킴으로써, 다이오드(D1)의 발열로 인해 배터리 팩(100b)의 안정성이 저해되는 문제를 해결할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 시간에 따른 배터리 셀의 전압(Vbat), 다이오드 온도, 및 배터리 셀 온도의 변화를 나타낸 예시적인 그래프이다. 배터리 셀(210)의 전압(Vbat)은 배터리 셀(210)의 충전 상태(SOC)의 일례이다.
본 실시예에 따르면, 도 6과 같이 시간에 따라 배터리의 충전 상태가 만방전 상태로부터 만충전 상태로 변화하는 경우, 배터리 셀의 전압(Vbat)이 제1 기준값(Vref) 이하인 경우에는, 충전 전류를 제2 충전 경로(PATH2)를 통해 도통시키기 때문에, 다이오드(D1)의 온도는 거의 변화가 없고, 다이오드(D1)의 발열이 거의 없다. 배터리 셀의 전압(Vbat)이 제1 기준값(Vref)을 초과하는 경우, 충전 전류는 제1 충전 경로(PATH1)를 통해 도통되고, 다이오드(D1)의 온도가 상승하기 시작한다. 그런데 배터리 셀(210)의 충전 상태가 만충전 상태에 가까워짐에 따라, 다이오드(D1)를 통해 흐르는 충전 전류의 크기가 감소하여, 배터리 셀(210)의 충전 상태가 소정 상태 이상으로 가면, 다이오드(D1)에서 발열이 거의 발생하지 않고, 오히려 다이오드(D1)의 온도가 감소하기 시작한다. 이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다이오드(D1)의 발열 자체가 감소하고, 다이오드(D1)에서 열이 발생하더라도 BMS(230)에서 다이오드(D1)의 온도에 따라 발전 모듈(110)로부터 공급되는 충전 전류를 조절하기 때문에, 다이오드(D1)의 발열로 인한 문제를 더욱 효과적으로 해결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 운송 수단의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 운송 수단의 제어 방법은, 배터리 팩(100b)이 동작하는 동안 배터리 셀(210)의 전압을 측정한다(S702).
배터리 셀(210)의 전압(Vbat)이 제1 기준 전압(Vref) 이하인 경우(S704), 바이패스부(410)가 연결되어, 충전 전류가 제1 충전 경로(PATH1)를 통해 도통된다(S706).
배터리 셀(210)의 전압(Vbat)이 제1 기준 전압(Vref)을 초과하는 경우(S704), 바이패스부(410)는 오프되고, 충전 전류는 제2 충전 경로(PATH2)를 통해 도통된다(S708). 이러한 경우, BMS(230)는 온도 측정부(240)를 이용하여 다이오드(D1)의 온도를 모니터링한다(S710). 다이오드(D1)의 온도가 제1 기준 온도(Td) 이상인 경우(S712), BMS(230)는 발전 모듈(110)로부터 공급되는 충전 전류를 감소시키도록 제어한다(S714).
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
10 운송 수단 100, 100a, 100b 배터리 팩
110 발전 모듈 120 스타터 모터
130 전기 부하 140 메인 제어부
D1 다이오드 210 배터리 셀
220 방전부 230 배터리 제어부(BMS)
240 온도 검출부 P1 제1 단자
P2 제2 단자 P3 제3 단자
410 바이패스부 PATH1 제1 충전 경로
PATH2 제2 충전 경로

Claims (18)

  1. 발전 모듈 및 상기 발전 모듈로부터 생성되는 충전 전류를 공급받아 전기 에너지를 저장하는 배터리 팩을 포함하는 운송수단으로서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 발전 모듈로부터 충전 전류를 공급받아 전력을 충전하는 배터리 셀;
    상기 발전 모듈과 상기 배터리 셀 사이에 직렬 연결되어 상기 충전 전류를 도통시키는 다이오드; 및
    상기 다이오드의 온도에 따라 상기 발전 모듈로부터 공급되는 상기 충전 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 운송 수단.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드의 온도를 측정하는 온도 검출부를 더 포함하는 운송 수단.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 리튬-이온 배터리 셀인, 운송 수단.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발전 모듈의 출력 전압은 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압보다 높고,
    상기 다이오드는 상기 발전 모듈의 출력 전압과 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압의 전압 차에 대응하는 전압 강하를 수반하는, 운송 수단.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 다이오드의 온도가 제1 기준 온도 이상이면 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 감소시키는, 운송 수단.
  6. 제1항에 있어서,
    엔진; 및
    상기 엔진으로부터 공급되는 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 발전 모듈을 더 포함하는, 운송 수단.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 운송 수단의 엔진 시동을 위한 시동 동력을 제공하고, 상기 배터리 셀로부터 방전 전류를 공급받는 스타터 모터를 더 포함하는, 운송 수단.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 운송 수단은 상기 발전 모듈과 상기 배터리 셀 사이에서, 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 스위치를 구비하는 바이패스부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 제1 기준값 이하이면 상기 바이패스부를 도통시키고, 상기 제1 기준값을 초과하면 상기 바이패스부를 차단시키는, 운송 수단.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 상기 제1 기준값을 초과하는 경우에만 상기 다이오드의 온도에 따라 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는, 운송 수단.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발전 모듈과 상기 배터리 셀 사이에서, 상기 다이오드와 병렬로 연결되고, 상기 배터리 셀로부터 출력되는 방전 전류를 도통시키는 방전부를 더 포함하는, 운송 수단.
  11. 발전 모듈 및 상기 발전 모듈로부터 생성되는 충전 전류를 공급받아 전기 에너지를 저장하는 배터리 팩을 포함하는 운송 수단의 제어 방법에 있어서,
    상기 운송 수단은 상기 배터리 팩에 포함된 다이오드를 통해 상기 발전 모듈로부터 배터리 셀로 충전 전류를 공급하고, 상기 운송 수단의 제어 방법은,
    상기 다이오드의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 다이오드의 온도에 따라 상기 발전 모듈로부터 공급되는 상기 충전 전류를 조절하는 단계를 포함하는, 운송 수단의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 리튬-이온 배터리 셀인, 운송 수단의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 발전 모듈의 출력 전압은 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압보다 높고,
    상기 다이오드는 상기 발전 모듈의 출력 전압과 상기 리튬-이온 배터리 셀의 정격 전압의 전압 차에 대응하는 전압 강하를 수반하는, 운송 수단의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 단계는, 상기 다이오드 온도가 제1 기준 온도 이상이면 상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 감소시키도록 조절하는, 운송 수단의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 발전 모듈은 상기 운송 수단의 엔진으로부터 공급되는 에너지로부터 전기 에너지를 생성하고,
    상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 단계는, 상기 운송 수단의 메인 제어부에 의해 수행되는, 운송 수단의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 상기 운송 수단의 엔진 시동을 위한 시동 동력을 제공하는 스타터 모터에 방전 전류를 공급하는, 운송 수단의 제어 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 충전 상태를 감지하는 단계;
    상기 배터리 셀의 충전 상태가 제1 기준값 이하이면, 상기 충전 전류를 상기 다이오드와 병렬 연결된 바이패스 경로로 바이패스시키는 단계; 및
    상기 배터리 셀의 충전 상태가 상기 제1 기준값을 초과하면, 상기 바이패스 경로를 차단하는 단계를 더 포함하는, 운송 수단의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 발전 모듈로부터 공급되는 충전 전류를 조절하는 단계는, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 상기 제1 기준값을 초과하는 경우에만 수행되는, 운송 수단의 제어 방법.
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