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KR101595938B1 - 배터리 팩 보호 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 팩 보호 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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KR101595938B1
KR101595938B1 KR1020120118061A KR20120118061A KR101595938B1 KR 101595938 B1 KR101595938 B1 KR 101595938B1 KR 1020120118061 A KR1020120118061 A KR 1020120118061A KR 20120118061 A KR20120118061 A KR 20120118061A KR 101595938 B1 KR101595938 B1 KR 101595938B1
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battery pack
battery cell
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resistor
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이상훈
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주식회사 엘지화학
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Abstract

배터리 셀의 상태를 측정하는 측정 IC의 이상 여부를 판단하는 배터리 팩 보호 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 배터리 셀의 양단에 연결되어 상기 배터리 셀로부터 구동 전력을 공급받고 상기 배터리 셀의 상태를 측정하는 측정 IC; 상기 배터리 셀과 상기 측정 IC 사이의 전력 공급 경로 상에 구비된 저항; 및 상기 저항 양단의 전압을 측정하여 상기 전력 공급 경로에 흐르는 전류의 크기를 측정하고, 측정된 전류의 크기에 따라 상기 측정 IC의 이상 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 측정 IC에 이상이 발생한 경우에도 배터리 셀의 방전을 방지하고 폭발 및 화재와 같은 위험한 상황을 방지할 수 있다.

Description

배터리 팩 보호 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{Apparatus for protecting battery pack and battery pack and vehicle including the same}
본 발명은 배터리 셀의 상태를 측정하는 측정 IC의 이상 여부를 판단하는 배터리 팩 보호 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀의 상태를 측정하는 측정 IC와 배터리 셀 사이의 전력 공급 경로 상에 구비된 저항에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 측정 IC의 이상 여부를 판단하는 배터리 팩 보호 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.
최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
한편, BMS(Battery Management System)란 배터리 팩에 구비되어 배터리의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 시스템을 의미한다.
현재 대부분의 BMS는 비용 절감 및 소형화를 위해 배터리의 전압, 온도 및/또는 전류 등과 같은 상태를 측정하기 위한 측정용 IC를 사용하고 있다. 이러한 측정 IC는 배터리 셀 등에 연결되어 그 상태를 측정하며, 그 구동 전력은 배터리 셀로부터 공급받는 것이 일반적이다.
측정 IC는 BMS 내에서 배터리 전압, 온도, 전류 등을 측정하는 핵심 부품이기 때문에, 측정 IC가 손상되는 경우 이러한 배터리의 상태를 정확하게 측정하지 못할 수 있다. 특히, 측정 IC는 손상 시 내부 저항이 커지는 개방(open) 상태로 손상되는 것이 아니라, 내부 저항이 작아지는 단락(short) 상태로 손상되는 경우가 있다. 만일 이처럼 측정 IC가 단락 상태로 손상되면, 측정 IC에는 배터리 셀로부터 전력을 공급받는 과정에서 큰 전류가 흐를 수 있다. 그리고 이는, 배터리의 방전을 일으키는 것은 물론, 배터리의 발화나 폭발을 일으킬 위험성이 있어, 배터리가 적용된 장치의 손상은 물론, 인명 피해나 추가적인 재산 피해로까지 이어질 수 있다.
특히, 측정 IC는 차량용 배터리 셀과 같은 높은 전압을 가진 배터리 셀에 연결되어 있는 경우가 많기 때문에, 고전압으로 인해 측정 IC의 내부가 손상되는 경우가 종종 발생할 수 있다. 더욱이, 차량용 배터리 팩에 이용된 측정 IC의 경우, 차량에 이용되는 특성상 진동이나 충격 등을 자주 받을 수 있고, 고온이나 저온, 비, 눈, 오염 물질 등에 쉽게 노출될 수 있어 손상의 위험성이 높다고 할 것이다.
그러나, 아직까지 이러한 측정 IC의 손상 여부를 효과적으로 검출할 수 있는 방안은 제대로 마련되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 인식하여 창안된 것으로서 측정 IC의 이상 여부를 정확하고 신속하게 판단하여 배터리 팩을 보호하는 배터리 팩 보호 장치 및 이를 이용한 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
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 특허 청구 범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 배터리 셀의 양단에 연결되어 상기 배터리 셀로부터 구동 전력을 공급받고 상기 배터리 셀의 상태를 측정하는 측정 IC; 상기 배터리 셀과 상기 측정 IC 사이의 전력 공급 경로 상에 구비된 저항; 및 상기 저항 양단의 전압을 측정하여 상기 전력 공급 경로에 흐르는 전류의 크기를 측정하고, 측정된 전류의 크기에 따라 상기 측정 IC의 이상 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 경우, 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는, 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 상태가 기준 시간 이상 지속되는 경우, 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는, 상기 저항과 상기 제어부 사이에 병렬로 연결된 커패시터; 상기 저항과 상기 커패시터 사이에 구비된 제 1 스위칭부; 및 상기 커패시터와 상기 제어부 사이에 구비된 제 2 스위칭부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 제 1 스위칭부를 턴 온시키고 제 2 스위칭부를 턴 오프시킨 후, 소정 시간 이후에 제 1 스위칭부를 턴 오프시키고 제 2 스위칭부를 턴 온시켜, 상기 저항 양단의 전압을 측정한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는, 상기 전력 공급 경로 상에 구비된 제 3 스위칭부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단하는 경우, 상기 제 3 스위칭부를 턴 오프시킨다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 전력이 상기 저항을 우회 가능하도록 구비된 제 4 스위칭부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 4 스위칭부를 제어하여, 상기 측정 IC의 이상 여부를 판단하고자 하는 경우 상기 배터리 셀로부터 공급되는 전력이 상기 저항을 경유하도록 하고, 상기 측정 IC의 이상 여부를 판단하지 않는 경우 상기 배터리 셀로부터 공급되는 전력이 상기 저항을 우회하도록 한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는, 상기 제어부에 의해 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 사용자에게 경고하는 경고부를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 배터리 팩의 MCU로 구현된다.
또한 바람직하게는, 상기 측정 IC는, 배터리 팩의 BMS에 구비된 ASIC이다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 팩 보호 장치를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 상술한 배터리 팩 보호 장치를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 상태를 측정하는 측정 IC의 상태 이상 유무를 신속하고 정확하게 판단할 수 있다. 따라서, 사용자는 이와 같이 판단된 측정 IC의 상태 이상 유무에 따라 측정 IC의 정비나 교체 시기를 신속하고 정확하게 파악할 수 있으며, 그에 따라 필요한 조치를 적절하게 취할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 측정 IC가 단락 상태로 손상되는 경우, 배터리 셀로부터 측정 IC로 전력이 계속적으로 공급되어 배터리가 방전되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이로 인해 배터리의 발화나 폭발 등을 방지할 수 있으므로, 배터리가 적용된 장치의 파손이나 인명 및 재산 피해를 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 측정 IC의 단락 상태를 보다 분명하게 판단하여 측정 IC의 불필요한 교체 등으로 인한 시간적, 금전적 낭비를 막을 수 있다.
특히, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 측정 IC의 이상 여부를 일시적 또는 주기적으로 판단함으로써, 측정 IC의 이상 유무를 신속하고 정확하게 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 불필요한 전력손실을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 측정 IC의 이상 여부를 판단하지 않는 경우에는 우회선로로 전류가 흐르도록 하여 전력 손실을 감소할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 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 해석되어야만 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.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치는 측정 IC(110), 저항(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
통상적으로 배터리 팩에는 하나 이상의 배터리 셀(10)이 포함된다. 그리고, 배터리 팩의 양단(Pack+, Pack-)에는 충전기나 부하가 연결되어, 배터리 셀(10)은 충전 또는 방전을 하게 된다.
상기 측정 IC(110)는 배터리 셀(10) 양단에 연결되어 배터리 셀(10)의 상태를 측정한다. 여기서, 측정 IC(110)에 의해 측정되는 배터리 셀(10)의 상태에는 전압, 온도, 전류 등이 포함될 수 있다. 상기 측정 IC(110)는, 배터리 셀(10)에 연결되어 배터리 셀(10)의 상태를 측정하는 구성요소를 의미하는 것으로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 다른 용어로 표현될 수 있으며, 본 발명은 이러한 측정 IC(110)의 구체적인 명칭에 의해 제한되지 않는다. 뿐만 아니라, 측정 IC(110)는, ASIC을 포함하도록 구현될 수도 있다.
상기 측정 IC(110)는, 그 작동을 위한 구동 전력을 배터리 셀(10)로부터 공급받을 수 있다. 즉, 측정 IC(110)는, 도면에서 P로 표시된 바와 같이, 배터리 셀(10)의 양단에 전력 공급 경로(P)를 통해 연결될 수 있으며, 이러한 전력 공급 경로(P)를 통해 배터리 셀(10)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
상기 저항(120)은 상기 배터리 셀(10)과 상기 측정 IC(110) 사이의 전력 공급 경로(P) 상에 구비된다. 상기 전력 공급 경로(P) 상에 전류가 흐르게 되면 저항(120) 양단에서 저항값에 비례하여 전압강하가 일어나게 된다. 상기 제어부(130)는 이러한 저항(120) 양단의 전압을 측정할 수 있다.
한편, 상기 저항(120)은 종래 배터리 팩에 이미 구비되어 있는 저항일 수도 있고, 이와는 별개로 본 발명의 구현을 위해 새롭게 구비된 저항일 수도 있다.
상기 제어부(130)는 상기의 저항(120) 양단의 전압을 측정하여 상기 전력 공급 경로(P)에 흐르는 전류의 크기를 측정할 수 있으며, 측정된 전류의 크기에 따라 상기 측정 IC(110)의 이상 여부를 판단할 수 있다. 이때, 상기 측정 IC(110)의 이상 상태에는 다양한 상태가 포함될 수 있다. 예를 들면, 측정 IC(110) 내부의 단락으로 인한 이상 상태이거나 측정 IC(110) 내부의 개방으로 인한 이상 상태 등이 있을 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부(130)는 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 경우, 상기 측정 IC(110)에 이상이 있는 것으로 판단한다. 여기서 기준 전류란 측정 IC(110)가 정상적인 상태일 때 상기 전력 공급 경로(P)를 따라 흐를 수 있는 전류의 크기에 대한 최대값일 수 있다. 예를 들어, 이러한 기준 전류는, 정상적인 상태일 때 전력 공급 경로(P)에 흐르는 전류의 1.5배 되는 크기의 전류라 할 수 있다. 다만, 이는 일례에 불과할 뿐, 이러한 기준 전류는 배터리 셀(10)이나 측정 IC(110)의 사양 등에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 측정 IC(110)가 정상적인 상태인 경우 상기 전력 공급 경로(P)에 흐르는 전류의 크기가 1A ~ 5A라고 가정한다. 이 경우, 기준 전류는 5A일 수 있다. 바람직하게는, 이 경우 오차범위 등을 고려하여 기준 전류를 6A 정도로 할 수도 있다. 기준 전류가 6A라고 할 때, 상기 전력 공급 경로(P)를 통해 4A의 전류가 흐를 경우, 이는 기준 전류보다 낮은 크기의 전류이므로 상기 제어부(130)는 상기 측정 IC(110)가 정상이라고 판단할 수 있다. 이와 달리 상기 전력 공급 경로(P)를 통해 6A 이상의 전류, 이를테면 50A의 전류가 흐를 경우, 상기 제어부(130)는 상기 측정 IC(110)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부(130)에 의해 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상으로 나타나는 경우, 그 원인은 다양할 수 있는데, 대표적인 원인으로는 상기 측정 IC(110) 내부가 단락된 상태로 고장난 경우를 상정할 수 있다. 만일, 측정 IC(110) 내부가 단락된 상태로 고장난 경우에는 측정 IC(110)로 큰 전류가 계속적으로 흐르게 되어 배터리 셀(10)이 급속도로 방전되는 것은 물론, 과충전 내지 과방전 등으로 인해 화재가 발생할 위험도 있다. 하지만 본 발명의 상기 실시예에 따르면, 제어부(130)는 저항(120)에서 측정된 전류의 크기를 기준 전류와 비교하고, 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 경우, 측정 IC(110)에 이상이 있는 것으로 판단한다. 따라서, 측정 IC(110)가 단락된 상태로 고장난 경우, 이에 대하여 적절하게 조치되도록 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부(130)는 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 상태가 기준 시간 이상 지속되는 경우, 상기 측정 IC(110)에 이상이 있는 것으로 판단한다. 상기 기준 시간은, 순간적으로 높은 전류가 흐르는 시간보다 긴 시간으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 기준 전류가 6A라고 할 경우, 상기 제어부는 측정된 전류의 크기가 6A 이상인 시간이 3초 이상 지속될 때, 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다. 다만, 이러한 기준 시간은, 배터리 팩의 사용 환경 등에 따라 다르게 설정될 수 있음은 물론이다.
이러한 실시예에 의하면, 상기 측정 IC(110)의 상태 판단에 대한 정확성이 효과적으로 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 IC(110)의 상태가 정상임에도 불구하고, 전력 공급 경로(P)에는 순간적으로 높은 전류가 흐르거나, 제어부(130)의 오류로 인해 전류의 크기가 순간적으로 실제보다 높게 측정될 수 있다. 이러한 경우 상기 제어부(130)는 상기 측정 IC(110)의 상태가 정상임에도 불구하고 이상이 있는 것으로 잘못 판단할 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이, 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 상태가 기준 시간 이상 지속된 경우에만 상기 측정 IC(110)에 이상이 있는 것으로 판단하는 경우, 제어부(130)가 이와 같이 잘못 판단하는 것을 방지할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치는 상기 저항(120)과 상기 제어부(130) 사이에 병렬로 연결된 커패시터(140), 상기 저항(120)과 상기 커패시터(140) 사이에 구비된 제 1 스위칭부(151) 및 상기 커패시터(140)와 상기 제어부(130) 사이에 구비된 제 2 스위칭부(152)를 더 포함할 수 있다.
이러한 실시예에서, 상기 제어부(130)는, 저항(120) 양단의 전압을 측정하기 위해, 먼저 제 1 스위칭부(151)를 턴 온 시키고 제 2 스위칭부(152)를 턴 오프시킬 수 있다. 그리고, 소정 시간이 경과한 이후에, 상기 제어부(130)는 제 1 스위칭부(151)를 턴 오프 시키고 제 2 스위칭부(152)를 턴 온 시킴으로써, 상기 저항(120) 양단의 전압을 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제 1 스위칭부(151)는 상기 제어부(130)에서 상기 저항(120) 양단에 걸리는 전압을 측정하기 위해 커패시터(140)에 전하가 축적되도록 저항(120)과 커패시터(140)를 포함하는 폐회로를 구성하는 역할을 한다. 제 1 스위칭부(151)가 턴 온 된 경우 상기 저항(120) 양단에 걸리는 전압에 비례하여 상기 커패시터(140)에 전하량이 축적되고, 상기 저항(120)에 걸리는 전압과 동일한 전압이 상기 커패시터(140)에 걸리게 된다. 제 2 스위칭부(152)는 소정 시간 동안 상기 커패시터(140)에 축적된 전하에 의한 전압을 상기 제어부(130)가 측정할 수 있도록 커패시터(140)와 제어부(130)를 포함하는 폐회로를 구성하는 역할을 한다.
즉, 제 1 스위칭부(151)가 턴 온 되고 제 2 스위칭부(152)가 턴 오프 된 상태에서 소정 시간이 흐르면 상기 저항(120) 양단에 인가된 전압에 의해 상기 커패시터(140)가 충전된다. 그리고 나서, 소정 시간 이후에 제 1 스위칭부(151)가 턴 오프 되고 제 2 스위칭부(152)가 턴 온 되면 커패시터(140)에 축적된 전하에 의해 상기 제어부(130)는 상기 저항(120) 양단에 인가된 전압의 크기를 측정할 수 있게 된다.
이러한 실시예에 의하면, 저항(120) 양단의 전압 측정 과정에서 제어부(130)에 과전류가 흐르는 등으로 인해 발생할 수 있는 제어부(130)의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제어부 측으로 과전류가 흐르더라도 제 1 스위치(601)는 턴 온 되어 있고 제 2 스위치(602)는 턴 오프 되어 있다면 과전류는 직접적으로 제어부(130)로 흐르지 않으므로 제어부(130)는 손상되지 않을 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 실시예에 의하면 제어부(130)는 스위칭부(601, 602)의 제어를 통해 전압 측정의 주기 조절을 용이하게 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 제 3 스위칭부(153)를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 이러한 도 3의 실시예에서는, 제 3 스위칭부(153) 및 이로 인한 동작에 대하여 주로 설명하도록 하며, 다른 구성요소들에 대해서는 상술한 설명들이 적용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 3 스위칭부(153)는, 전력 공급 경로(P) 상에 구비되어, 배터리 셀(10)로부터 측정 IC(110)로의 전력 공급을 선택적으로 온오프할 수 있다.
이러한 실시예에서, 상기 제어부(130)는, 상기 측정 IC(110)에 이상이 있는 것으로 판단하는 경우, 상기 제 3 스위칭부(153)를 턴 오프 시킬 수 있다. 예컨대, 정상 상태에서 전력 공급 경로(P)에 흐르는 전류의 1.5배를 기준 전류라고 할 때, 이러한 기준 전류 이상의 전류가 전력 공급 경로(P)에 흐르면, 상기 제어부(130)는 제 3 스위칭부(153)를 턴 오프 시키도록 할 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 측정 IC(110)에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 제 3 스위칭부(153)의 턴 오프로 인해 전력 공급 경로(P)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 측정 IC(110)가 단락 상태로 고장난 상황이라 하더라도 측정 IC(110)로 전류가 흐르지 않게 되어, 배터리 셀(10)의 방전과 같은 문제가 발생하는 것이 방지될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배터리 셀(10)과 측정 IC(110) 사이에는 측정 IC(110)와 병렬로 커패시터가 더 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 커패시터와 측정 IC(110) 사이에 다이오드가 구비될 수 있다.
상기 측정 IC(110)와 병렬로 연결된 커패시터는 상기 측정 IC(110)에 과전류가 흐르거나 과전압이 걸리지 않도록 완충(buffer)역할을 할 수 있다. 한편, 상기 다이오드는 한쪽 방향으로 전류를 흐르게 하는 역할을 할 수 있다.
이와 같은 연결 구성에서, 상기 제 3 스위칭부(153)는 커패시터와 측정 IC(110) 사이에 설치될 수 있다. 이와 같은 제 3 스위칭부(153) 및 이에 대한 제어부(130)의 기능 및 동작 등은 앞선 도 3의 실시예와 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는 제 4 스위칭부(154)를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 배터리 팩 보호 장치의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 셀(10)로부터 측정 IC(110)로 연결되는 전력 공급 경로(P) 상에서, 배터리 셀(10)로부터 측정 IC(110)로 공급되는 전력이 상기 저항(120)을 우회 가능하도록 우회 경로(R)가 설치된다. 그리고, 상기 제 4 스위칭부(154)는, 전력 공급 경로(P) 상에 구비되어 배터리 셀(10)로부터 공급되는 전력이 저항(120)을 우회하도록 할 수 있다.
이러한 실시예에서, 상기 제어부(130)는, 상기 제 4 스위칭부(154)를 제어하여, 배터리 셀(10)로부터 공급되는 전력이 저항(120)을 경유하도록 하거나, 저항(120)을 우회하도록 할 수 있다. 특히, 상기 제어부(130)는, 상기 측정 IC(110)의 이상 여부를 판단하고자 하는 경우에만 상기 배터리 셀(10)로부터 공급되는 전력이 상기 저항(120)을 경유하도록 하고, 상기 측정 IC(110)의 이상 여부를 판단하지 않는 경우에는 상기 배터리 셀(10)로부터 공급되는 전력이 상기 저항(120)을 우회하도록 할 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 측정 IC(110)의 이상 여부를 판단하지 않는 경우에는 우회 경로(R)를 따라 전류가 흐르도록 함으로써, 측정 IC(110)의 이상 여부를 판단하지 않는 경우에도 저항(120)으로 전류가 흘러 저항(120)에서 전력이 소비되는 것을 막을 수 있다.
한편, 상기 도면에서는 각각의 스위칭부를 나타내기 위해 이점식 또는 삼점식 스위치가 1개 또는 2개 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일례에 불과할 뿐, 이러한 스위칭부(601, 602, 603, 604)의 형태나 개수는 출원시 기술수준에서 구현할 수 있는 다양한 스위치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 제4 스위치는 1개의 삼점식 스위치로 구현되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 2개의 이점식 스위치로 구현될 수도 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 경고부를 더 포함할 수 있다.
상기 경고부는, 상기 제어부(130)에 의해 상기 측정 IC(110)에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 이러한 정보를 사용자에게 알려 경고할 수 있다. 이러한 경고부는 측정 IC(110)의 이상을 나타내기 위해 다양한 방식을 채용할 수 있는데, 예를 들면, 램프 등의 시각적인 경고나, 경고음 등의 청각적인 경고를 사용할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부(130)는 배터리 팩의 MCU(Micro Controller Unit)로 구현될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 측정 IC(110)는 배터리 팩의 BMS(Battery Management System)에 구비된 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)일 수 있다. 여기서, BMS란 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미한다. 그러나, 본 발명이 반드시 이러한 측정 IC(110)의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 측정 IC(110)는 BMS와 별도로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 배터리 팩 보호 장치를 포함한다. 즉, 상술한 배터리 팩 보호 장치는 배터리 팩에 일체 되는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩에는 상술한 배터리 팩 보호 장치 이외에 다수의 배터리 셀, 보호 회로 등이 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는 상술한 배터리 팩 보호 장치를 포함한다. 즉, 상술한 배터리 팩 보호 장치는 주 동력원으로 배터리를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 적용될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 보호 장치는 모터에 구동전력을 공급하는 배터리 팩에 일체화되거나 그와 별도로 구현될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는 자동차 이외에 다양한 전력 저장 장치 등에 적용될 수도 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서는 '제어부', '스위칭부' 등과 같이 '부'라는 용어를 사용하였으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있는 구성요소를 나타내는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 셀
110: 측정 IC
120: 저항
130: 제어부
140: 커패시터
151: 제 1 스위칭부
152: 제 2 스위칭부
153: 제 3 스위칭부
154: 제 4 스위칭부

Claims (11)

  1. 배터리 셀의 양단에 연결되어 상기 배터리 셀로부터 구동 전력을 공급받고 상기 배터리 셀의 상태를 측정하는 측정 IC;
    상기 배터리 셀과 상기 측정 IC 사이의 전력 공급 경로 상에 구비된 저항;
    상기 저항 양단의 전압을 측정하여 상기 전력 공급 경로에 흐르는 전류의 크기를 측정하고, 측정된 전류의 크기에 따라 상기 측정 IC의 이상 여부를 판단하는 제어부; 및
    상기 배터리 셀로부터 공급되는 전력이 상기 저항을 우회 가능하도록 구비된 제 4 스위칭부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제 4 스위칭부를 제어하여, 상기 측정 IC의 이상 여부를 판단하고자 하는 경우 상기 배터리 셀로부터 공급된느 전력이 상기 저항을 경유하도록 하고, 상기 측정 IC의 이상 여부를 판단하지 않는 경우 상기 배터리 셀로부터 공급되는 전력이 상기 저항을 우회하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 경우, 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 측정된 전류의 크기가 기준 전류 이상인 상태가 기준 시간 이상 지속되는 경우, 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항과 상기 제어부 사이에 병렬로 연결된 커패시터;
    상기 저항과 상기 커패시터 사이에 구비된 제 1 스위칭부; 및
    상기 커패시터와 상기 제어부 사이에 구비된 제 2 스위칭부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 제 1 스위칭부를 턴 온시키고 제 2 스위칭부를 턴 오프시킨 후, 소정 시간 이후에 제 1 스위칭부를 턴 오프시키고 제 2 스위칭부를 턴 온시켜, 상기 저항 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급 경로 상에 구비된 제 3 스위칭부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단하는 경우, 상기 제 3 스위칭부를 턴 오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 상기 측정 IC에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 사용자에게 경고하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 배터리 팩의 MCU로 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 IC는, 배터리 팩의 BMS에 구비된 ASIC인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 및 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 보호 장치를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 및 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 보호 장치를 포함하는 자동차.
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