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KR101480090B1 - 배터리 관리 시스템 제어장치 - Google Patents

배터리 관리 시스템 제어장치 Download PDF

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KR101480090B1
KR101480090B1 KR1020130077020A KR20130077020A KR101480090B1 KR 101480090 B1 KR101480090 B1 KR 101480090B1 KR 1020130077020 A KR1020130077020 A KR 1020130077020A KR 20130077020 A KR20130077020 A KR 20130077020A KR 101480090 B1 KR101480090 B1 KR 101480090B1
Authority
KR
South Korea
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battery
signal
switch
key switch
power
Prior art date
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Active
Application number
KR1020130077020A
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English (en)
Inventor
김양균
김경일
김권호
박종호
Original Assignee
주식회사 이아이지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/488Cells or batteries combined with indicating means for external visualization of the condition, e.g. by change of colour or of light density
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract

배터리 관리 시스템(Battery Management System(BMS))의 배터리 관리 시스템 제어장치에 관하여 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 배터리 관리 시스템 제어장치는 배터리 관리 시스템에 전력을 제공하는 전원 공급부, 배터리 관리 시스템에 제공되는 전력을 스위칭하도록 구성된 스위치부, 배터리의 전력을 사용하기 위한 키스위치 입력을 수신하는 키 스위치 입력부, 배터리를 충전하기 위하여 외부로부터의 충전 인에이블(enable) 입력을 수신하는 충전 인에이블 입력부, 키 스위치 입력부로부터의 키 스위치 온(on) 신호가 있음을 인식하도록 구성되고 키 스위치 온 신호가 없는 경우 키 스위치 오프 신호를 생성하도록 구성되는 키 스위치 입력 인식부, 스위치부를 차단하기 위한 차단 신호를 생성하는 차단 신호 생성부 및 키 스위치 입력 인식부로부터 키 스위치 오프(off) 신호를 수신하고 차단 신호 생성부로 BMS 전원 차단 명령을 송신하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템 제어장치{CONTROL DEVICE FOR BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 개시는 배터리 관리 시스템(battery management system; Protection circuit module포함))에 관한 것이다.
여기에서 달리 언급하지 않는다면, 본 섹션에서 기술된 내용은 본 출원에서 청구항에 대한 선행기술이 아니며 본 섹션에 포함함으로써 선행기술로 인정되는 것이 아니다.
2차 전지(secondary battery)는 통상 충전이 가능한 배터리를 지칭하며, 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 소형 가전 제품뿐 아니라, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 동력원으로도 사용될 수 있다. 이러한 2차 전지의 수요가 증가함에 따라, 배터리에 사용되는 배터리 셀들을 보다 효율적으로 관리하기 위한 BMS 수요가 증가하고 있다.
일반적으로, 2차 전지에 포함되는 배터리 셀은 비교적 고가이며, 배터리 내에 내장된 각각의 셀은 과방전이 되는 경우, 수명이 단축되거나, 재사용이 불가능하게 되는 경우가 있다. 이와 관련하여, 공개특허공보 제10-2007-0051098호(2007년5월17일 공개)에서는 자동차의 시동이 꺼진 뒤에도, 배터리의 누설 전류나 전압을 측정하는 BMS에 관하여 개시하고 있다. 그러나, 최근의 BMS에서는 BMS를 구동하기 위한 전력을 배터리로부터 공급받도록 하고 있다. 이러한 경우, 보통 배터리를 이용하여 전력을 공급받는 장치(예컨대, 자동차)의 전원이 차단되더라도, BMS는 지속적으로 배터리의 전력을 소모하여 장치를 장기간 방치하는 경우, 배터리 셀이 과방전이 되어 배터리의 수명이 단축되거나, 재사용이 불가능하게 되는 경우가 있다.
일 예시에서, BMS의 전원을 제어하기 위한 장치가 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 BMS 제어장치는, 배터리 관리 시스템에 전력을 제공하는 전원 공급부, 배터리 관리 시스템에 제공되는 전력을 스위칭하도록 구성된 스위치부, 배터리의 전력을 사용하기 위한 키스위치 입력을 수신하는 키 스위치 입력부, 배터리를 충전하기 위한 충전 인에이블(enable) 입력을 수신하는 충전 인에이블 입력부, 키 스위치 입력부로부터의 키 스위치 온(on) 신호가 있음을 인식하도록 구성되고 키 스위치 온 신호가 없는 경우 키 스위치 오프 신호를 생성하도록 구성되는 키 스위치 입력 인식부, 스위치부를 차단하기 위한 차단 신호를 생성하는 차단 신호 생성부 및 키 스위치 입력 인식부로부터 키 스위치 오프(off) 신호를 수신하고 차단 신호 생성부로 BMS 전원 차단 명령을 송신하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
추가적인 예시에서, BMS 제어장치의 스위치부는 전원 공급부로부터 공급되는 전력을 스위칭하도록 구성된 전원 스위치부, 전원 스위치부를 제어하는 제어신호를 전달하도록 구성된 제어 신호 전달부 및 키 스위치 입력부로부터 키 스위치 온(on) 신호를 수신하거나 충전 인에이블 입력부로부터 충전 인에이블 신호를 수신하여 제어 신호를 생성하는 스위치 구동부를 포함할 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 제어 신호 전달부는 래치 릴레이(latch-relay)를 포함할 수 있으며, 스위치 구동부, 차단 신호 생성부 및/또는 키 스위치 입력 인식부는 각각 광결합 소자를 포함할 수 있다.
또한, 추가적인 실시예에서, 프로세서는 배터리의 전압을 모니터링하고, 배터리 전압이 미리 정해진 전압 이하가 되는 경우, 프로세서는 BMS 전원 차단 명령을 생성하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서 배터리는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있으며 프로세서는 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 모니터링하고, 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 전압이 미리 정해진 전압 이하가 되는 경우, 프로세서는 상기 BMS 전원 차단 명령을 생성하도록 구성될 수 있다.
전술한 요약은 예시적인 것일 뿐이고, 어떤 방식으로든 제한을 의도한 것은 아니다. 상술한 예시적인 태양, 실시예 및 특징들에 더하여, 추가의 태양, 실시예 및 특징들이 도면과 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 분명하게 될 것이다.
본 개시의 전술한 특징들 및 기타 특징들은, 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명 및 첨부된 청구항으로부터 충분히 분명해질 것이다. 이러한 도면들은 본 개시에 따르는 단지 몇 가지의 실시예만을 도시한 것이고, 따라서 그 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되는 것을 이해하면서, 본 개시는 첨부된 도면의 사용을 통하여, 더 구체적이고 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따라, 2차 전지를 개념적으로 도시한 블록도이고;
도 2는 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따라, BMS를 개념적으로 도시한 블록도이고;
도 3은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따라, 도 2에서 예시된 BMS 제어부를 개념적으로 예시한 블록도이고;
도 4는 도 3의 BMS 제어 장치를 구체적인 회로를 통해 구현한 일 실시예를 도시한 도면이며;
도 5는 도 3의 BMS 제어 장치가 동작하는 흐름도를 도시한 도면이며,
도 6은 도 3의 리셋신호 발생부의 신호 파형이다.
이하의 상세한 설명에서, 여기의 일부를 형성하는 첨부 도면에 대한 참조가 이루어진다. 도면에서, 유사한 부호는, 문맥에서 다른 지시가 없다면, 일반적으로 유사한 컴포넌트를 식별한다. 상세한 설명, 도면, 및 청구항에서 기술된 예시적인 실시예들은 제한하는 것으로 의미되지 않는다. 여기에 제시된 대상의 범위와 사상을 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 이용될 수 있고, 다른 변형이 이루어질 수 있다. 여기에서 일반적으로 기술되고 도면에서 도시된 바와 같은 본 개시의 태양들이 다양한 다른 구성으로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있음과, 이 모두가 여기에서 명확히 고려됨이 쉽게 이해될 것이다.
일반적으로 본 개시는, 그 중에서도, 배터리 관리 시스템(BMS)의 제어장치에 관련된다.
간단히 말하자면, 2차 전지의 BMS를 제어하기 위한 장치로서, 배터리 관리 시스템에 전력을 제공하는 전원 공급부를 통하여 BMS에 전력이 공급되면, 이러한 전력이 BMS에 공급 또는 차단되도록 스위칭하도록 구성되는 스위치부를 포함할 수 있다. 이러한 스위치부는 전원을 스위칭하는 전원 스위치부, 래치 릴레이, 전원 스위치부를 제어하는 제어신호를 생성하는 스위치 구동부 및 리셋신호 발생부를 포함할 수 있다. 스위치 구동부와 리셋신호 발생부는 배터리를 이용하는 장치의 키 스위치 입력을 수신하는 키 스위치 입력부 및 배터리를 충전하기 위한 충전기로부터의 충전 인에이블 신호를 수신하는 충전 인에이블 입력부로부터의 입력 신호에 기초하여 동작하도록 구성될 수 있다.
도 1은 배터리(100), 특히 2차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 도 1에서 도시된 블록은 설명을 위하여 필요한 구성만을 간략히 도시한 것이므로, 필요에 따라 추가적인 구성이 포함될 수 있음이 당업자에 의하여 쉽게 이해될 수 있으며, 블록의 크기가 구체적인 실시예에서의 크기에 비례하지 않는다는 점은 당업자에게 분명하게 이해될 것이다.
도 1의 배터리(100)는 하나 이상의 배터리 셀(110), 스위칭 보드(120), 배터리 관리 시스템(130), 배터리팩 단자(140)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 배터리 셀(110)은 서로 병렬 및/또는 직렬로 연결되어 하나의 (+)/(-)단자를 통하여 전압을 충전 또는 방전할 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 배터리 셀(110)은 LCO계열, NCM계열, NMO계열 및/또는 LFP계열을 포함하는 리튬 2차전지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 각각의 배터리 셀은 일정 전압 이하로 떨어지는 경우, 배터리의 수명이 단축되거나 동작불능의 상태가 될 수 있다. 일 예시에서, 배터리 셀의 전압이 약 2.0V이하가 되면, 배터리 셀은 동작불능의 상태가 될 수 있으며, 일반적으로 2.5V이하가 되는 경우, BMS(130)는 배터리의 사용을 차단하도록 구성될 수 있다. 배터리 셀이 동작불능 상태가 되는 전압의 기준은 배터리 셀의 종류에 따라 상이할 수 있음은 당업자에 의해 쉽게 이해될 것이다.
스위칭 보드(120)는 배터리 관리 시스템(BMS)(130)의 제어에 기초하여 하나 이상의 배터리 셀(110)의 전력 충전 또는 방전을 허용 또는 차단하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, BMS(130)는 배터리를 충전하는 신호가 있는 경우 또는 배터리를 사용하고자 하는 키 스위치 입력이 있는 경우, 제어신호를 생성할 수 있으며, 스위칭 보드는 제어신호에 기초하여, 하나 이상의 배터리셀(110)과 배터리팩 단자(140)를 전기적으로 연결할 수 있다. 일 예시에서, 스위칭 보드(120)는 FET를 포함하는 회로일 수 있다.
배터리 관리 시스템(BMS)(130)은 하나 이상의 배터리 셀(110)을 모니터링 및/또는 제어하도록 구성될 수 있다. 배터리 관리 시스템(130)은 배터리(100) 내부의 연결(180)을 통하여 하나 이상의 배터리 셀(110)을 모니터링 및/또는 제어하도록 구성될 수 있다. 배터리 관리 시스템(130)은 별도의 전원 공급라인(170)을 통하여 하나 이상의 배터리 셀(110)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 도 1에서는 배터리 관리 시스템(130)이 별도의 전원 공급라인(170)을 통하여 전력을 공급받는 것으로 예시되었지만, 하나 이상의 배터리 셀(110)의 출력 단자로부터 전력을 직접 공급받는 것도 가능하다. 전술한 바와 같이, 배터리 관리 시스템(130)은 스위칭 보드(120)를 제어하도록 구성될 수 있다.
배터리(100)를 이용하는 장치(도시되지 않음)가 배터리(100)로부터 전력을 공급받고자 하는 경우에, 장치는 예컨대, 전원 스위치와 같은 키 스위치를 입력할 수 있거나, 배터리 사용자는 배터리를 충전하기 위하여 도시되지 않은 외부 전력 공급원(예컨대, 충전기)으로부터 배터리팩 단자(140)를 통하여 배터리(100)에 전력을 공급하여 하나 이상의 배터리 셀(110)을 충전할 수 있다. 배터리 관리 시스템(130)은 이러한 키 스위치로부터 키 스위치 온(on) 또는 키 스위치 오프(off)와 같은 키 스위치 입력(150)을 수신할 수 있고, 외부 전력 공급원(예컨대 충전기)에 의하여 배터리 충전이 이루어지고 있음을 나타내는 충전 인에이블 입력(160)을 수신할 수 있다. 배터리 관리 시스템(130)은 이러한 입력들(150, 160)에 적어도 부분적으로 기초하여 동작하도록 구성될 수 있다. 도 1에서는 키 스위치 입력(150) 및 충전 인에이블 입력(160)이 별도의 제어신호로 수신되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 예컨대, 배터리팩 단자(140)를 통하여 충전 인에이블 입력(150)이 있는지 여부를 BMS 내에서 결정하도록 구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템(130)을 적어도 일부 실시예에 따라 개념적으로 도시한 배터리 관리 시스템(200)의 블록도이다. 도 2에서 도시된 블록은 설명을 위하여 필요한 구성만을 간략히 도시한 것이므로, 필요에 따라 추가적인 구성이 포함될 수 있음이 당업자에 의하여 쉽게 이해될 수 있으며, 블록의 크기가 구체적인 실시예에서의 크기에 비례하지 않는다는 점은 당업자에게 분명하게 이해될 것이다.
배터리 관리 시스템(200)은 전원부(220), 프로세서(240), 통신장치(260) 및/또는 모니터링부(280)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전원부(220)는 하나 이상의 배터리 셀(110)로부터 전력을 공급받을 수 있으며, 공급 받은 전력을 배터리 관리 시스템(200)을 구동하기 위하여 이용할 수 있다. 전원부(220)는 하나 이상의 배터리 셀(110)로부터 전력을 공급받는 전력 공급 라인(222), 파워 서플라이(power supply)(224), BMS 제어부(226)를 포함할 수 있다.
파워 서플라이(224)는 하나 이상의 배터리 셀(110)로부터 공급 받은 전력을 배터리 관리 시스템(200)에서 이용 가능하도록 전압을 변환하여 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 파워 서플라이(224)는 SMPS(switch mode power supply)일 수 있다. 파워 서플라이(224)는 하나 이상의 배터리 셀(110)로부터 공급 받은 전력의 전압 v0를 v1 및/또는 v2로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, v1= 12[V] 및 v2=5[V]일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 도 2에서는 파워 서플라이에 의하여 변환된 전력이 BMS에 바로 전력을 공급하는 것으로 도시되었지만, 파워 서플라이에 의하여 공급되는 전력이 BMS 제어부(226)에 입력되고, BMS 제어부(226)의 출력이 BMS에 전력을 공급하는 것으로 구성될 수 있다는 것은 당업자에 의하여 쉽게 이해될 수 있다.
일 실시예에서, BMS 제어부(226)는 BMS의 동작 여부를 제어하도록 구성된다. 도 1에 도시된 실시예에서, BMS 제어부(226)는 파워 서플라이(224)와 동작적으로 결합하여, 파워 서플라이(224)에 의하여 BMS에 공급되는 전원을 스위칭하도록 구성되어 BMS의 전원을 제어하도록 구성될 수 있다. 추가적인 실시예에서, BMS 제어부(226)는 프로세서(240)에 의하여 BMS전원 차단신호를 수신하여 파워 서플라이(224)에 의하여 공급되는 전원을 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, BMS 제어부(226)는 도 1에서 도시된 바와 같이 키 스위치 입력(150) 또는 충전 인에이블 입력(160)과 같은 외부의 입력에 기초하여 동작하도록 구성될 수 있다. BMS 제어부(226)에 대하여는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
프로세서(240)는 BMS의 동작을 수행하고, 관리하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 프로세서(240)는 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit(MCU))을 포함할 수 있다. 프로세서(240)는 모니터링부(280)와 동작적으로 결합하여 모니터링부(280)의 각 모듈을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(240)는 모니터링부(280)의 결과에 기초하여 BMS 제어부가 동작하기 위한 신호를 제공할 수 있다.
예시적인 통신 장치(260)는 네트워크 컨트롤러(264)를 포함하며, 이는 하나 이상의 통신 포트(262)를 통하여 네트워크 통신 링크 상에서 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치와의 통신을 용이하게 하도록 배열될 수 있다. 네트워크 통신 링크는 통신 매체의 하나의 예일 수 있다. 통신 매체는 일반적으로 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파 또는 기타 수송 메커니즘(transport mechanism)과 같은, 변조된 데이터 신호에서의 기타 데이터에 의해 구현될 수 있고 임의의 정보 전달 매체를 포함할 수 있다. "변조된 데이터 신호"는 신호 내에 정보를 인코딩하는 방식으로 설정되거나 변경된 하나 이상의 특성을 갖는 신호일 수 있다. 예를 들어, 통신 매체는 유선 네트워크 또는 직접 유선 연결(direct-wired connection)과 같은 유선 매체, 및 음향, 라디오 주파수(RF), 마이크로웨이브, 적외선(IR) 및 기타 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 여기에서 사용된 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 저장 매체 및 통신 매체 둘 다를 포함할 수 있다.
모니터링부(280)는 하나 이상의 모니터링 모듈(282, 284, 286 등)을 포함할 수 있으며, 각각의 모니터링 모듈은 버스(288)를 개재하여 프로세서(240)와 통신하도록 구성될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 셀 전압 모니터링 모듈(282)은 도 1에서 도시된 바와 같은 하나 이상의 배터리 셀(110)의 전압을 모니터링할 수 있다. 셀 전압 모니터링 모듈(282)은 배터리 셀 각각의 전압을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서는 하나 이상의 배터리 셀(110) 중 적어도 하나가 미리 정해진 전압 이하로 떨어지는 경우, BMS 제어부(226)에 제어신호(BMS전원 차단신호)를 송신할 수 있다. 예컨대, 리튬 이온 배터리의 경우 미리 정해진 전압은 약 2.5V일 수 있다. BMS 제어부(226)가 프로세서로부터 제어신호를 수신하면, BMS 제어부(226)는 파워 서플라이(224)에 의하여 BMS(200)에 공급되는 전력을 차단하도록 구성될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 셀 온도 모니터링 모듈(284)은 배터리 셀의 온도를 측정하도록 구성될 수 있으며, 셀 밸런싱 모듈(286)은 하나 이상의 배터리 셀(110)의 각각의 전압의 밸런싱을 조정하도록 구성될 수 있다.
도 3은 BMS의 전원을 스위칭하도록 구성된 BMS 제어장치(300)를 개념적으로 도시하는 도면이다. BMS 제어장치(300)는 전원 공급부(310), 스위치부(320), 키 스위치 입력부(330), 충전 인에이블 입력부(340), 차단 신호 생성부(360), 키 스위치 입력인식 스위치부(380)를 포함할 수 있으며, 프로세서(240)와 동작적으로 결합될 수 있다.
전원 공급부(310)는 BMS에 전원을 공급하도록 구성된다. 전원 공급부(310)는 도 2의 파워서플라이(224)에 대응할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
스위치부(320)는 전원 공급부(310)에 의하여 BMS에 공급되는 전력을 스위칭하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 스위치부는 전원 스위치부(322), 래치 릴레이(323), 스위치 구동부(324), 리셋 신호 발생부(325)를 포함할 수 있다. 전원 스위치부(322)는 전원 공급부(310)에 의하여 공급되는 전력을 직접적으로 스위칭하도록 구성된다. 전원 스위치부(322)는 이하에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 래치 릴레이(323)를 이용하여 전력을 스위칭할 수 있다. 래치 릴레이의 특성을 이용하여 차단 신호 생성부(360)에 의해 생성되는 차단신호에 의하여 셋코일(set coil)에 전류가 일정시간 흐르면 접점이 반전되며, 리셋 코일(reset coil)에 전류가 일정시간 흐르지 않으면 이러한 상태를 유지할 수 있다. 이러한 특성을 이용하면, 키 스위치가 켜져 있더라도 BMS 전원을 계속 차단할 수 있다. 또한, 이하에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 스위칭 구동부(324)는 키 스위치 입력부 또는 충전 인에이블 입력부로부터 입력 신호에 기초하여 제어신호를 생성할 수 있다. 스위치 구동부(324)에 의해 생성된 제어신호는 래치 릴레이의 접점을 통하여 전원 스위치부(322)로 전송되며, 전송된 제어신호는 전원 스위치부(322)를 직접 스위칭할 수 있다.
키 스위치 입력부(330)는 예컨대, 배터리(100)를 사용하는 장치의 전원 스위치와 같은 키 스위치의 온(on) 또는 오프(off)에 기초하여 키 스위치 입력 신호를 출력할 수 있다. 키 스위치 입력 신호는 키 스위치 온 신호 또는 키 스위치 오프 신호를 포함할 수 있다. 키 스위치 온 신호 또는 키 스위치 오프 신호를 출력한다고 설명하였으나, 예컨대, 키 스위치가 온 되는 경우에 신호를 생성하고, 키 스위치가 오프되는 경우에는 신호를 생성하지 않는 방식을 포함할 수 있다는 점은 당업자라면 쉽게 이해할 것이다. 키 스위치가 온(on)된 경우, 리셋 신호 발생부(325)에 키 스위치 온 신호를 제공할 수 있다. 리셋 신호 발생부(325)는 키 스위치가 온(on)된 경우에는 래치 릴레이(323)를 리셋하기 위한 리셋 신호를 생성할 수 있다. 충전 인에이블 입력부(340)는 배터리(100)를 충전하고자 하는 외부의 충전 입력에 기초하여 스위치 구동부(324)에 충전 인에이블 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.
키 스위치 입력신호와 충전 인에이블 입력신호는 스위치부(320)에 제공되어 전원 스위치부(322)를 스위칭하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 키 스위치 입력부(330)로부터 키 스위치 온(on)신호를 수신하는 경우, 리셋 신호 발생부 (325)는 셋 되어 있는 래치 릴레이(323)를 원래대로 복원시키기 위한 리셋 신호를 래치 릴레이(323)에 제공하도록 구성될 수 있다. 래치 릴레이(323)가 리셋 신호를 수신하면 래치 릴레이 접점은 복원되며, 스위치 구동부(324)에서 생성된 제어 신호가 전원 스위치부(320)에 제공되어 전원 스위치부(322)가 온 상태가 되도록 할 수 있다. 전원 스위치부(322)가 온 상태가 되면, 전원 공급부(310)에 의하여 공급되는 전력은 BMS에 공급될 수 있다. 일 실시예에서 키 스위치 신호가 입력되면 키 스위치 입력인식부(380)은 프로세서(240)에 키 스위치 입력 여부를 전송할 수 있다. 일 예시에서, 키 스위치 입력신호가 오프를 나타내는 경우 프로세서(240)는 다양한 정보(배터리 잔량정보 등)를 프로세서(240)내 메모리 또는 타 메모리장치에 저장할 수 있도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 전력 공급원에 의하여 배터리가 충전되는 경우, 충전 인에이블 입력부(340)는 충전기 인에이블 입력 신호를 스위치 구동부(324)에 제공하도록 구성된다. 이후 전력이 공급되는 순서는 키 스위치가 온(on)된 경우와 같다. 일 예시에서, 스위치 구동부(324)는 광 결합소자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 키 스위치가 OFF되고 충전 인에이블 신호입력이 없는 경우, 스위치 구동부(324)는 제어 신호를 생성하지 않는다.
추가적인 예시에서, 차단신호 생성부(360)는 프로세서(240)와 동작적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서 차단신호 생성부(360)는 프로세서(240)로부터 차단 명령을 수신하여 차단 신호를 생성할 수 있다. 이러한 차단 신호는 래치 릴레이(323)의 셋 코일을 셋한다. 래치 릴레이가(323)가 차단 신호를 수신하여 셋 되는 경우 래치 릴레이의 접점이 반전되어 제어 신호는 차단되며, 이에 따라 제어 신호를 공급받지 못한 전원 스위치부(322)는 오프되며, BMS전원은 차단된다. 일 실시예에서, 키 스위치 OFF가 되는 경우, 스위치 구동부(324)는 제어 신호를 생성하지 않으며, 위에서 설명한 바와 같이, 래치 릴레이(323)가 셋되므로, 전원 스위치부(322)는 오프 상태가 된다. 따라서, 전원 공급부(310)에 의하여 공급되는 전력은 BMS에 전달되지 않아, BMS의 전원이 차단된다.
배터리를 이용하는 장치의 사용자는 키 스위치가 온(on)인 상태에서 배터리를 방치하는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 배터리의 전압은 계속해서 낮아질 것이며, 배터리의 전압이 미리 정해진 전압(예컨대, 저전압 보호 동작(UVP)전압) 이하가 되면 BMS전원 차단신호 생성부는 스위칭 보드(120)를 차단할 수 있다. 스위칭 보드(120)가 차단되면 외부 부하장치(예:모터 제어기)로 사용되는 전원은 차단된 상태가 된다. 또한, 배터리의 방전이 차단되는 경우, 예컨대, BMS는 슬립모드(Sleep Mode) 상태가 될 수 있다. 그러나 BMS가 슬립모드 상태가 되더라도 전력을 사용하게 되며, 예컨대, 장기간 배터리를 방치하여 배터리의 전압이 일정한 전압 이하가 되는 경우, 그 배터리는 충전을 하더라도 복구가 불가능한 상태가 되는 경우가 있다. 일 실시예에서, 프로세서(240)는 배터리 셀의 전압을 모니터링할 수 있다. 하나 이상의 배터리 셀 중 적어도 하나가 미리 정해진 전압 이하로 떨어지는 경우에,차단 신호 생성부(360)에 차단 명령을 송신할 수 있다. 이 경우, 차단 명령을 수신한 차단 신호 생성부(360)는 차단 신호를 생성할 수 있다. 차단 신호는 래치 릴레이 셋 코일에 일정시간 전류를 흘려 래치 릴레이의 접점을 반전시켜 전원 스위치부(322)를 차단할 수 있다. 일 예시에서, 키 스위치가 온(on)인 상태에서도, 래치 릴레이(323)는 키 스위치 입력을 껐다 다시 켜지 않는 이상 접점이 일단 반전되면 전자석처럼 그 접점 상태를 계속 유지하도록 할 수 있다. 예컨대, 이러한 성질을 반영하기 위해서, 스위치부(320)는 래치 릴레이(latch relay) 포함을 필수로 한다.
도 4는 도 3의 BMS 제어장치(300)를 구체적인 회로 요소로 구현한 일 예시이다. 도 4를 참조하면, 전원 스위치부(322)는 스위칭 소자(Q1)에 대응할 수 있다. 스위칭 소자(Q1)은 예컨대, TR, FET, IGBT, SSR등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 스위치부(320)는 래치 릴레이를 포함한다. 스위치 구동부(324)는 광결합 소자(U2, U3)에 대응할 수 있다. 리셋 신호 발생부(325)는 RC회로(R1, C1, R2) 및/또는 다이오드(D1)에 대응할 수 있다. 차단 신호 생성부(360)는 광결합 소자(U1)에 대응할 수 있다. 키 스위치 입력인식부는 U4에 대응할 수 있다. 광결합 소자(U1, U2, U3, U4)는 예컨대, 포토 커플러(photo-coupler), 포토-MOS, 아이솔레이터(isolator)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 5는 BMS 제어장치가 동작하는 예시적인 흐름도를 도시한다. 도 5에서의 동작(500)은 블록(510,511,512,513,514,530,531,533,534 및/또는 540) 중 하나 이상에 의해 예시된 바와 같은 하나 이상의 동작, 작용 또는 기능을 포함할 수 있다. 별개의 블록으로 도시되었지만, 다양한 블록은 요구되는 구현예에 따라 추가적인 블록으로 분할될 수 있거나, 더 적은 블록으로 조합될 수 있거나, 제거될 수 있다.
본 개시는 다양한 태양의 예시로서 의도된 본 출원에 기술된 특정 실시예들에 제한되지 않을 것이다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 수정과 변형들이 그 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 여기에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 안에서 기능적으로 균등한 방법과 장치가 위의 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 수정과 변형들은 첨부된 청구항의 범위에 들어가도록 의도된 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항과 그러한 청구항에 부여된 균등물의 전 범위에 의해서만 제한될 것이다. 본 개시가 물론 다양할 수 있는 특정 방법, 시약, 합성 구성 또는 생물학적 시스템에 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 또한, 여기에서 사용된 용어는 특정 실시예를 기술하기 위한 목적이고, 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해될 것이다.
도 6은 도 3의 리셋신호 발생부의 신호파형이다. 래치 릴레이의 접점이 BMS전원 차단 스위치부에 의하여 셋 되어 접점이 반전된 경우, 이의 복원방법은 키 스위치가 꺼졌다가 다시 온 되는 경우 초기에는 배터리 전압의 대부분이 R1에 걸려 리셋 코일에 전류가 흐르고 C1이 완충된 경우에는 R1에는 배터리전압이 걸리지 않는 형태,즉 R1C1 시정수에 의한 펄스가 리셋 코일에 인가된다. C1에 충전되어 있는 전압은 키 스위치를 끄면 R2를 통하여 방전하게 되어 다음 사이클에 준비된다.
또한, 마쿠쉬 그룹을 이용하여 본 개시의 특징 또는 양상이 기술될 때는, 당업자라면 본 개시가 또한 마쿠쉬 그룹의 임의의 개별 구성원 또는 구성원의 서브그룹을 이용하여 기술됨을 이해할 것이다.
전술로부터, 본 개시의 다양한 실시예가 예시의 목적을 위해 여기에서 설명되었으며, 본 개시의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 수정이 이루어질 수 있다는 것이 인정될 것이다. 따라서, 여기에서 개시된 다양한 실시예가 제한되도록 의도된 것이 아니며, 진정한 범위 및 사상은 이하의 청구항에서 나타난다.

Claims (9)

  1. 배터리 관리 시스템(Battery Management System(BMS))의 배터리 관리 시스템 제어장치로서,
    상기 배터리 관리 시스템에 전력을 제공하는 전원 공급부;
    상기 배터리 관리 시스템에 제공되는 전력을 스위칭하도록 구성된 스위치부;
    배터리의 전력을 사용하기 위한 키스위치 입력을 수신하는 키 스위치 입력부;
    상기 배터리를 충전하기 위한 충전 인에이블(enable) 입력을 수신하는 충전 인에이블 입력부;
    상기 키 스위치 입력부로부터의 키 스위치 온(on) 신호가 있음을 인식하도록 구성되고 상기 키 스위치 온 신호가 없는 경우 키 스위치 오프 신호를 생성하도록 구성되는 키 스위치 입력 인식부;
    상기 스위치부를 차단하기 위한 차단 신호를 생성하는 차단 신호 생성부; 및
    상기 키 스위치 입력 인식부로부터 키 스위치 오프(off) 신호를 수신하고 상기 차단 신호 생성부로 BMS 전원 차단 명령을 송신하도록 구성되는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 스위치부는,
    상기 전원 공급부로부터 공급되는 전력을 스위칭하도록 구성된 전원 스위치부;
    상기 전원 스위치부를 제어하는 제어신호를 전달하도록 구성된 제어 신호 전달부; 및
    상기 키 스위치 입력부로부터 키 스위치 온(on) 신호를 수신하거나 상기 충전 인에이블 입력부로부터 충전 인에이블 신호를 수신하여 제어 신호를 생성하는 스위치 구동부를 포함하는, 배터리 관리 시스템 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호 전달부는 래치 릴레이(latch-relay)를 포함하는, 배터리 관리 시스템 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위치부는 상기 키 스위치 입력부로부터 스위치 온 신호를 수신하여 상기 래치 릴레이에 리셋 신호를 송신하는 리셋 신호 발생부를 더 포함하는, 배터리 관리 시스템 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 구동부는 광결합 소자를 포함하는, 배터리 관리 시스템 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차단 신호 생성부 및 상기 키 스위치 입력 인식부는 광결합 소자를 포함하는, 배터리 관리 시스템 제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 배터리의 전압을 모니터링하고,
    상기 배터리 전압이 미리 정해진 전압 이하가 되는 경우, 상기 프로세서는 상기 BMS 전원 차단 명령을 생성하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템 제어 장치
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리는 복수의 배터리 셀을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 모니터링하고,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 전압이 상기 미리 정해진 전압 이하가 되는 경우, 상기 프로세서는 상기 BMS 전원 차단 명령을 생성하도록 구성되는, 배터리 관리 시스템 제어장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 배터리는 리튬 이온 전지인, 배터리 관리 시스템 제어장치.
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