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KR102256601B1 - Bms 웨이크업 장치, 이를 포함하는 bms 및 배터리팩 - Google Patents

Bms 웨이크업 장치, 이를 포함하는 bms 및 배터리팩 Download PDF

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KR102256601B1
KR102256601B1 KR1020170147190A KR20170147190A KR102256601B1 KR 102256601 B1 KR102256601 B1 KR 102256601B1 KR 1020170147190 A KR1020170147190 A KR 1020170147190A KR 20170147190 A KR20170147190 A KR 20170147190A KR 102256601 B1 KR102256601 B1 KR 102256601B1
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Abstract

본 발명은 외부 전원 신호를 공급받아 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시키는 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치는, 외부 전원 모듈로부터 외부 전원 신호를 공급받아 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시키는 장치로서, 상기 외부 전원 모듈로부터 상기 외부 전원 신호를 공급받고, 상기 외부 전원 신호와는 다른 경로로 소스 전원을 공급받으며, 상기 외부 전원 신호가 공급되면 상기 소스 전원의 통과 여부에 따라 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 모듈; 및 상기 펄스 생성 모듈로 상기 소스 전원을 제공하고, 상기 펄스 생성 모듈로부터 상기 펄스 신호를 공급받으면, 상기 펄스 신호를 기초로 상기 배터리 관리 시스템을 구동하는 작동 전원을 출력하는 전원 출력 모듈을 포함한다.

Description

BMS 웨이크업 장치, 이를 포함하는 BMS 및 배터리팩{BMS Wake-up Apparatus, BMS and Battery pack including the same}
본 발명은 BMS 웨이크업 장치, 이를 포함하는 BMS 및 배터리팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 전원 신호를 공급받아 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시키는 기술에 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 및 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.
배터리 팩은 다양한 분야에서 이용되는데, 전기 구동 차량 또는 스마트 그리드 시스템과 같이 큰 용량을 필요로 하는 경우가 많다. 배터리 팩의 용량을 증가하기 위해서는 이차 전지, 즉 배터리 셀 자체의 용량을 증가시키는 방법이 있을 수 있겠지만, 이 경우 용량 증대 효과가 크지 않고, 이차 전지의 크기 확장에 물리적 제한이 있다는 단점을 가진다. 따라서, 통상적으로는 다수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 팩이 널리 이용된다.
이러한 배터리 팩은 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 포함하는 경우가 많다. 더욱이, BMS는 배터리 모듈의 온도, 전압 및 전류 등을 모니터링하고, 모니터링 된 배터리 모듈의 상태를 기초로 배터리 팩의 밸런싱 동작, 냉각 동작, 충전 동작 또는 방전 동작 등을 제어한다.
특히 상당 수의 배터리 팩, 이를테면 12V 리튬 배터리 팩에 구비된 BMS는, 해당 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈로부터 전원을 공급받아 작동할 수 있다. 그런데 이와 같은 구성의 경우, BMS의 소비 전류로 인해 그 값이 작더라도 배터리 팩의 과방전 내지 만방전 상태를 발생 시킬 수 있다. 예를 들어, 만약 배터리 모듈의 충전 에너지가 충분치 않은 상황에서도 BMS가 계속해서 작동하는 경우, BMS의 소비 전류로 인해 배터리 팩의 충전 에너지는 더욱 낮아질 수 있다. 그리고, 이 경우, 배터리 팩의 충전 에너지가 낮아져 더 이상 배터리 팩으로부터 부하로 전원이 공급되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 BMS가 항상 켜져 있지 않고 그 동작이 필요한 경우에만 켜져 있도록 하는 기술이 제안되고 있다. 하지만 이 경우 BMS의 동작이 필요할 때, 이를테면 방전된 배터리 모듈을 충전하는 경우, BMS를 다시 웨이크업 시킬 수 있는 기술이 필요하다.
하지만, 종래 BMS 웨이크업 기술이 구현된 회로는 그 구조가 복잡하여 제어하기가 어렵고, 이러한 문제로 인해 불량률도 높아질 수 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구조가 간단하면서도 BMS를 웨이크업 시킬 수 있는 BMS 웨이크업 장치를 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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 웨이크업 장치는, 외부 전원 모듈로부터 외부 전원 신호를 공급받아 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시키는 장치로서, 상기 외부 전원 모듈로부터 상기 외부 전원 신호를 공급받고, 상기 외부 전원 신호와는 다른 경로로 소스 전원을 공급받으며, 상기 외부 전원 신호가 공급되면 상기 소스 전원의 통과 여부에 따라 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 모듈; 및 상기 펄스 생성 모듈로 상기 소스 전원을 제공하고, 상기 펄스 생성 모듈로부터 상기 펄스 신호를 공급받으면, 상기 펄스 신호를 기초로 상기 배터리 관리 시스템을 구동하는 작동 전원을 출력하는 전원 출력 모듈을 포함한다.
또한, 상기 펄스 생성 모듈은, 상기 외부 전원 신호가 공급되는 외부 전원 신호 경로와 상기 소스 전원이 공급되는 경로가 서로 접하는 접점에 위치하여, 상기 외부 전원 신호를 기초로 상기 소스 전원이 공급되는 경로를 개폐하는 스위칭부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는, 상기 스위칭부에 크기가 미리 결정된 기준 전압값 이상인 외부 전원 신호가 인가되면 상기 소스 전원을 통과 시키고, 상기 스위칭부에 크기가 기준 전압값 미만인 외부 전원 신호가 인가되면 상기 소스 전원을 통과 시키지 않도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 펄스 생성 모듈은, 상기 외부 전원 신호 경로 상에 위치하여, 상기 스위칭부로 전달되는 상기 외부 전원 신호의 시간을 조절하는 스위칭 제어부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 외부 전원 신호가 인가된 후 소정 시간이 지나면, 상기 스위칭부에 전달되는 상기 외부 전원 신호의 시간을 줄이도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 외부 전원 신호 경로 상에 위치하여 상기 외부 전원 신호에 의하여 충전되는 커패시터, 및 상기 외부 전원 신호 경로와 접지를 연결하는 경로 상에 위치하는 저항을 구비할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 소스 전원이 상기 스위칭부를 통과하는 시간을 조절하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 펄스 생성 모듈은, 상기 외부 전원 모듈 및 상기 스위칭 제어부 사이에 위치하는 제1 접점과 접지 사이에 위치하여, 상기 외부 전원 신호 경로 상의 상기 제1 접점과 연결된 상기 외부 전원 모듈 이외의 외부 장치를 방전시키는 방전부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 펄스 생성 모듈은, 상기 제1 접점과 상기 스위칭 제어부 사이에 위치하여, 상기 스위칭 제어부 및 상기 스위칭부에 과전류가 공급되지 않도록 하는 과전류 보호부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 펄스 생성 모듈은, 상기 스위칭 제어부 및 상기 스위칭부 사이의 상기 외부 전원 신호 경로 상에 위치하는 제2 접점과 접지 사이에 위치하여, 상기 스위칭부에 과전압이 공급되지 않도록 하는 과전압 보호부를 더 구비할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 BMS는, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시키는 구성에 있어서, 회로를 단순화할 수 있어 제어가 쉽고 고장률을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 과전압 및 과전류 보호 회로를 통해 안정적으로 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시킬 수 있는 BMS 웨이크업 장치가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 외부 장치의 영향을 받지 않도록 외부 장치를 방전시키는 구성을 통해 회로의 안정성을 높일 수 있는 BMS 웨이크업 장치가 얻어질 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 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 BMS 웨이크업 장치의 개략적 구성과 이러한 BMS 웨이크업 장치가 적용된 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 웨이크업 장치가 배터리 팩에 포함되어 여러 구성요소와 연결된 구성을 보다 구체화하여 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈, 전원 출력 모듈 및 시스템 제어 모듈의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈의 세부 구성을 보다 구체화하여 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 전원 모듈로부터 공급되는 외부 전원 신호 및 스위칭부의 게이트 단자에 인가된 전원의 시간에 따른 전압 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 전원 신호, 펄스 신호 및 작동 전원의 시간에 따른 전압 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
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 안 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
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 '펄스 생성 모듈' 및 '스위칭부' 등과 같이 '모듈' 및 '부'와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 각 구성 단위 간 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것이 아니며, 각각의 구성 단위가 반드시 물리적으로 하나의 소자나 장치에 의해 구현되어야 하는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 접속"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 접속"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 웨이크업 장치의 개략적 구성과 이러한 BMS 웨이크업 장치가 적용된 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 웨이크업 장치가 배터리 팩에 포함되어 여러 구성요소와 연결된 구성을 보다 구체화하여 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)가 적용되는 배터리 팩(P)에는 배터리 모듈(10)이 하나 이상 포함될 수 있다. 특히, 도면에는 하나의 배터리 모듈(10)만 도시되어 있으나, 배터리 팩(P)에는, 다수의 배터리 모듈(10)이 구비될 수 있다. 그리고 이 경우, 각 배터리 모듈(10)은 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(P)은, 이러한 배터리 모듈(10)의 전기적 연결에 의해 출력 및/또는 용량이 증대될 수 있다.
여기서, 각 배터리 모듈(10)에는, 하나 이상의 이차 전지가 구비될 수 있다. 특히, 각 배터리 모듈(10)에는 복수의 이차 전지가 구비될 수 있는데, 이 경우 각 배터리 모듈(10)에 구비된 복수의 이차 전지는, 상호 전기적으로 연결되어, 배터리 모듈(10)의 출력 및/또는 용량을 증대시킬 수 있다. 이를테면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은 12V의 출력으로 구현될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정 되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)가 적용되는 배터리 팩(P)은, 차량에 탑재될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)가 채용되는 배터리 팩(P)은 차량용 배터리 팩(P)일 수 있다. 여기서, 차량은 배터리 팩(P)에 의해 운행을 위한 구동 전원이 공급되거나 오디오나 에어컨 등의 전장품을 작동시키기 위한 작동 전원이 공급되는 자동차일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)가 적용되는 자동차는, 배터리 팩(P)으로부터 구동 전원이 공급되는 자동차, 이를테면 EV 등으로 표시되는 전기 자동차나 HEV, PHEV 등으로 표시되는 하이브리드 자동차 또는, Conventional 자동차일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(P)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 릴레이부(30) 및 BMS 웨이크업 장치(B)를 더 포함할 수 있다.
상기 릴레이부(30)는, 배터리 모듈(10)과 배터리 팩(P)의 양극 팩 단자(Pack+) 사이의 전류 경로 상에 위치하여, 상기 전류 경로를 개폐할 수 있다. 도 1 및 도 2의 구성에서, 릴레이부(30)는, 일단이 배터리 모듈(10)의 양극 모듈 단자에 연결되고 타단이 배터리 팩(P)의 양극 팩 단자(Pack+)에 연결되는 대전류 경로(L1) 상에 위치하여, 대전류 경로(L1)를 개폐할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(P)의 팩 단자(Pack+, Pack-)는 차량 부하와 연결될 수 있으며, 상기 차량 부하는 ECU(Electronic Control Unit) 또는 모터, 에어컨 등 일 수 있다.
상기 BMS 웨이크업 장치(B)는, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, BMS 웨이크업 장치(B)는, 배터리 모듈(10)의 양단에 연결되어, 배터리 모듈(10)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)는 배터리 관리 시스템(BMS)을 웨이크업 시킬 수 있다. 즉, BMS가 슬립 모드 상태에 있는 경우, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치는 BMS의 슬립 모드를 해제하고 노멀 모드 상태로 전환시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)는, 이처럼 BMS를 웨이크업 시키기 위해 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호를 공급받을 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)는 외부 전원 모듈(40)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 외부 전원 모듈(40)은 배터리 팩(P)의 팩 단자(Pack+, Pack-)를 통해 배터리 팩(P)으로 외부 전원 신호를 공급할 수 있다. 이 경우, BMS 웨이크업 장치(B)는 이러한 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호를 공급받을 수 있다. 여기서, 외부 전원 모듈(40)은 다양한 전압, 이를 테면 12V 전압의 전원으로 구현될 수 있다.
이처럼 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호를 공급받기 위해 BMS 웨이크업 장치(B)는 대전류 경로(L1)상의 양극 경로와 음극 경로에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, BMS 웨이크업 장치(B)는, 릴레이부(30)와 배터리 팩(P)의 양극 팩 단자(Pack+) 사이의 한 지점 및 배터리 모듈(10)의 음극 모듈 단자와 배터리 팩(P)의 음극 팩 단자(Pack-) 사이의 한 지점에 연결될 수 있다. 그리고, 배터리 팩(P)의 팩 단자(Pack+, Pack-)에 외부 전원 모듈(40)이 접속되면, 외부 전원 모듈(40)로부터 BMS 웨이크업 장치(B)로 외부 전원 신호가 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 펄스 생성 모듈(100) 및 전원 출력 모듈(200)을 포함할 수 있다.
상기 펄스 생성 모듈(100)은, 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호를 공급받을 수 있다. 즉, 펄스 생성 모듈(100)은, 전술한 바와 같이 대전류 경로(L1)상의 양극 경로와 음극 경로에 연결되어, 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호를 공급받을 수 있다. 여기서 펄스 생성 모듈(100)과 양극 경로 및 음극 경로 사이의 연결 관계는 전술한 BMS 웨이크업 장치(B)와 외부 전원 모듈(40)의 연결 관계에서 이미 설명하였는바, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
펄스 생성 모듈(100)은, 소스 전원을 공급받을 수 있다. 특히, 펄스 생성 모듈(100)은 외부 전원 신호와는 다른 경로로 소스 전원을 공급받을 수 있다. 여기서 펄스 생성 모듈(100)에 공급되는 소스 전원은, 외부 전원 모듈(40)과는 다른 에너지 공급원으로부터 공급된 전원일 수 있다. 이를테면, 소스 전원은, BMS 내부에서 공급되는 전원일 수 있다.
펄스 생성 모듈(100)은, 펄스 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 펄스 생성 모듈(100)은 소스 전원의 통과 여부에 따라 펄스 신호를 생성할 수 있다. 즉, 펄스 생성 모듈(100)은, 펄스 생성 모듈(100)을 통과한 소스 전원을 기초로 펄스 신호를 생성할 수 있다. 특히, 펄스 생성 모듈(100)은 외부 전원 신호가 공급되면, 공급된 외부 전원 신호를 기초로 소스 전원의 통과 여부가 결정될 수 있다.
상기 전원 출력 모듈(200)은, 펄스 생성 모듈로 소스 전원을 제공할 수 있다. 즉, 전원 출력 모듈(200)은, 펄스 생성 모듈(100)과 연결되어, 펄스 생성 모듈(100)로 소스 전원을 전달할 수 있다. 이를테면, 소스 전원은 5V 전원일 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 소스 전원의 특정 크기에 한정 되는 것은 아니다.
전원 출력 모듈(200)은, 배터리 관리 시스템을 구동하는 작동 전원을 출력할 수 있다. 즉, 전원 출력 모듈(200)은, 펄스 생성 모듈(100)로부터 펄스 신호를 공급받으면, 공급된 펄스 신호를 기초로 작동 전원을 출력할 수 있다.
예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 전원 출력 모듈(200)은, R1 경로를 통해 펄스 생성 모듈(100)로 소스 전원을 전달할 수 있다. 또한, 전원 출력 모듈(200)은, 펄스 생성 모듈(100)로 소스 전원을 제공한 R1 경로와는 다른 경로인 R2 경로를 통해 펄스 생성 모듈(100)로부터 펄스 신호를 공급받을 수 있다. 여기서, 전원 출력 모듈(200)은, 소스 전원을 제공한 R1 경로 및 펄스 신호를 공급받은 R2 경로와는 또 다른 경로인 R3 경로를 통해 작동 전원을 출력할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 BMS 웨이크업 장치에 따르면, 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시키는 구성에 있어서, 회로를 단순화할 수 있어 제어가 쉽고 고장률을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 시스템 제어 모듈(300)을 더 포함할 수 있다.
상기 시스템 제어 모듈(300)은, 전원 출력 모듈(200)과 연결되어, 전원 출력 모듈(200)로부터 작동 전원을 공급받을 수 있다. 그리고, 시스템 제어 모듈(300)은, 이처럼 전원 출력 모듈(200)로부터 작동 전원을 공급받아 배터리 관리 시스템을 구동할 수 있다. 한편, 이러한 시스템 제어 모듈(300)은 배터리 관리 시스템의 MCU(Micro Controller Unit)로 구현될 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전압 측정부(50) 및 제2 전압 측정부(70)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전압 측정부(50)는, 배터리 모듈(10)의 전압을 측정하고, 측정된 정보를 시스템 제어 모듈(300)로 전달할 수 있다. 특히, 제1 전압 측정부(50)는, 배터리 모듈(10)의 양단과 연결되어 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다. 배터리 모듈(10)이 복수인 경우, 제1 전압 측정부(50)는, 복수의 배터리 모듈(10) 각각의 양단과 연결되어 각 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다. 이를테면, 제1 전압 측정부(50)는, 미리 정해진 주기 마다 배터리 모듈(10)의 전압을 측정하고, 측정된 정보를 시스템 제어 모듈(300)로 전달할 수 있다.
상기 제2 전압 측정부(70)는, 외부 전원 모듈(40)로부터 공급되는 외부 전원 신호의 전압을 측정하고, 측정된 정보를 시스템 제어 모듈(300)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제2 전압 측정부(70)는, 릴레이부(30)와 배터리 팩(P)의 양극 팩 단자(Pack+) 사이의 한 지점 및 펄스 생성 모듈(100)을 연결하는 경로와 연결될 수 있다. 또한, 제2 전압 측정부(70)는, 배터리 모듈(10)의 음극 모듈 단자와 배터리 팩(P)의 음극 팩 단자(Pack-) 사이의 한 지점 및 펄스 생성 모듈(100)을 연결하는 경로와 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 제2 전압 측정부(70)는, 외부 전원 모듈(40)로부터 펄스 생성 모듈(100)로 공급되는 외부 전원 신호의 전압을 측정할 수 있다.
펄스 생성 모듈(100), 전원 출력 모듈(200) 및 시스템 제어 모듈(300)의 기능적 구성 및 구성요소 간의 연결 관계에 대한 설명은 이하 도 3 내지 도 5에 대한 설명에서 상세히 설명하도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 BMS 웨이크업 장치(B)는, 배터리 관리 시스템(BMS)의 다양한 구성요소 중 하나로서 구현될 수 있다.
도 3 내지 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈, 전원 출력 모듈 및 시스템 제어 모듈의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 펄스 생성 모듈(100)은, 외부 전원 입력부(110), 소스 전원 입력부(130) 및 펄스 신호 출력부(150)를 구비할 수 있다.
상기 외부 전원 입력부(110)는, 외부 전원 모듈(40)과 연결되어, 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호를 공급받을 수 있다. 즉, 펄스 생성 모듈(100)은, 외부 전원 입력부(110)를 통해 외부 전원 모듈(40)에서 출력되는 외부 전원 신호를 공급받을 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 외부 전원 입력부(110)는, 배터리 팩(P)의 팩 단자(Pack+, Pack-)에 연결되어, 상기 팩 단자(Pack+, Pack-)에 외부 전원 모듈(40)이 연결되면, 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호를 공급받을 수 있다. 이를 테면, 외부 전원 신호는 12V의 전원일 수 있다.
상기 소스 전원 입력부(130)는, 전원 출력 모듈(200)과 연결되어 전원 출력 모듈(200)로부터 소스 전원을 공급받을 수 있다. 여기서, 소스 전원 입력부(130)는 펄스 생성 모듈(100)상에서 외부 전원 입력부(110)와는 별도의 위치에 구현될 수 있다. 즉, 펄스 생성 모듈(100)은, 상기 외부 전원 신호와는 다른 경로로 소스 전원을 공급받을 수 있다. 이를 테면, 소스 전원은 5V의 전원일 수 있다.
상기 펄스 신호 출력부(150)는, 전원 출력 모듈(200)과 연결되어, 전원 출력 모듈(200)로 펄스 신호를 공급할 수 있다. 즉, 펄스 생성 모듈(100)은, 펄스 신호를 생성하고, 생성한 펄스 신호를 펄스 신호 출력부(150)를 통해 전원 출력 모듈(200)로 전달할 수 있다. 이를 테면, 펄스 신호는 5V의 신호일 수 있다.
또한, 도 2 및 도 4를 참조하면, 전원 출력 모듈(200)은, 컨버터(210), 제1 레귤레이터(230), 펄스 신호 입력부(250) 및 제2 레귤레이터(270)를 구비할 수 있다.
상기 컨버터(210)는, 배터리 모듈(10)의 양단과 연결되어, 배터리 모듈(10)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 즉, 컨버터(210)는 배터리 모듈(10)로부터 공급받은 전원을 전원 출력 모듈(200)에 전달할 수 있다. 여기서, 전원 출력 모듈(200)은 배터리 모듈(10)로부터 공급받은 전원을 기초로 소스 전원 및/또는 작동 전원을 생성할 수 있다. 예컨대, 전원 출력 모듈(200)은, 배터리 모듈(10)로부터 공급받은 12V 전원의 전압을 변환하여, 5V 전원인 소스 전원 및 작동 전원을 각각 생성할 수 있다.
상기 제1 레귤레이터(230)는, 펄스 생성 모듈(100)로 소스 전원을 공급할 수 있다. 즉, 제1 레귤레이터(230)는, 펄스 생성 모듈(100)의 소스 전원 입력부(130)와 연결되어, 소스 전원 입력부(130)로 소스 전원을 전달할 수 있다. 예를 들어, 제1 레귤레이터(230)는 배터리 모듈(10)로부터 공급받은 전원을 기초로 소스 전원을 출력할 수 있다.
상기 펄스 신호 입력부(250)는, 펄스 생성 모듈(100)로부터 펄스 신호를 공급받을 수 있다. 즉, 펄스 신호 입력부(250)는, 펄스 생성 모듈(100)의 펄스 신호 출력부(150)와 연결되어, 펄스 신호 출력부(150)로부터 펄스 신호를 입력 받을 수 있다.
상기 제2 레귤레이터(270)는, 배터리 관리 시스템을 구동하는 작동 전원을 출력할 수 있다. 즉, 제2 레귤레이터(270)는, 시스템 제어 모듈(300)에 연결되어 시스템 제어 모듈(300)로 작동 전원을 공급할 수 있다. 이를테면, 제2 레귤레이터(270)에서 출력되는 작동 전원은 5V 전원일 수 있다.
또한, 도 2 및 도 5를 참조하면, 시스템 제어 모듈(300)은, 제1 전압 수신부(310), 제2 전압 수신부(370), 릴레이 제어부(330) 및 작동 전원 입력부(350)를 구비할 수 있다.
상기 제1 전압 수신부(310)는, 제1 전압 측정부(50)에서 측정한 배터리 모듈(10)의 정보를 수신할 수 있다. 즉, 제1 전압 수신부(310)는, 제1 전압 측정부(50)와 연결되어, 제1 전압 측정부(50)로부터 배터리 모듈(10)의 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다.
상기 제2 전압 수신부(370)는, 제2 전압 측정부(70)에서 측정한 외부 전원 신호의 전압을 수신할 수 있다. 즉, 제2 전압 수신부(370)는, 제2 전압 측정부(70)와 연결되어, 제2 전압 측정부(70)로부터 외부 전원 신호의 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다.
상기 릴레이 제어부(330)는, 릴레이부(30)의 개폐 동작을 제어할 수 있다. 즉, 릴레이 제어부(330)는, 제1 전압 수신부(310) 또는 제2 전압 수신부(370)로부터 수신한 정보를 기초로 릴레이부(30)에 턴오프 또는 턴온 신호를 전달할 수 있다.
보다 구체적으로, 시스템 제어 모듈(300)은, 배터리 모듈(10)의 전압을 측정하고, 측정된 배터리 모듈(10)의 전압을 기초로 릴레이부(30)의 개폐 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)의 전압이 기준 전압값 이하로 방전되는 경우, 시스템 제어 모듈(300)은, 릴레이부(30)를 턴오프 시킬 수 있다. 여기서, 기준 전압값은 배터리 팩(P)의 과방전을 보호를 위한 배터리 모듈(10)의 최소 전압값을 의미하며 사용자에 따라 최소 전압값을 설정할 수 있다. 이러한 기준 전압값은 시스템 제어 모듈(300)에 미리 저장될 수 있다. 예를 들어, 기준 전압값이 10V인 경우, 시스템 제어 모듈(300)은, 배터리 모듈(10)의 양단 전압이 10V 이하인 경우, 릴레이부(30)를 턴오프 시켜 대전류 경로(L1)를 차단할 수 있다.
또한, BMS 웨이크업 장치(B)는, 배터리 모듈(10)을 충전시키기 위해 릴레이부(30)를 턴온 시킬 수 있다. 즉, BMS 웨이크업 장치(B)는, 배터리 모듈(10)의 충전이 가능한 경우, 릴레이부(30)를 턴온 시켜 배터리 모듈(10)에 충전 전원이 공급되도록 할 수 있다. 여기서, BMS 웨이크업 장치(B)는, BMS 웨이크업 장치(B)에 외부 전원 신호가 공급되면, 공급된 외부 전원 신호를 기초로 배터리 모듈(10)의 충전 가능 여부를 판단할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술 하도록 한다.
상기 작동 전원 입력부(350)는, 전원 출력 모듈(200)로부터 작동 전원을 입력 받을 수 있다. 즉, 작동 전원 입력부(350)는, 제2 레귤레이터(270)와 연결되어, 제2 레귤레이터(270)로부터 작동 전원을 공급받을 수 있다.
바람직하게는, 시스템 제어 모듈(300)은, 배터리 관리 시스템을 제어하는 프로세서일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치(B)가 차량용 배터리 팩에 구비된 경우, 시스템 제어 모듈(300)은, 차량의 ECU와 통신할 수 있다. 이를 통해, 시스템 제어 모듈(300)은, ECU와 서로 신호를 주고 받을 수 있다. 여기서, 시스템 제어 모듈(300)은, ECU와 통신이 연결되어, ECU로부터 작동 신호를 수신하는 경우 작동할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 시스템 제어 모듈(300)의 동작 형태는, 슬립 모드(Sleep mode) 및 노멀 모드(Normal mode)의 두 가지 모드로 구분될 수 있다. 여기서, 슬립 모드는 시스템 제어 모듈(300)이 작동하지 않는 모드이고, 노멀 모드는 시스템 제어 모듈(300)이 작동하는 모드로 정의될 수 있다. 다시 말해, 시스템 제어 모듈(300)은, 슬립 모드에서 ECU와 통신이 두절되어 작동하지 않고, 노멀 모드에서 ECU와 통신이 연결되어 작동할 수 있다.
즉, 시스템 제어 모듈(300)은, 슬립 모드에서 BMS를 작동시키지 않을 수 있다. 따라서, BMS는 슬립 모드에서 배터리 모듈(10)의 전원을 소비하지 않을 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(10)이 과방전 되는 경우, 시스템 제어 모듈(300)은 릴레이부(30)를 턴오프 시켜 대전류 경로(L1)를 차단할 수 있다. 이에 따라, 대전류 경로(L1)를 통해 전원을 공급받던 차량의 전장품은 동작이 정지 될 수 있다. 예를 들어, ECU도 릴레이부(30)의 턴 오프에 의해 동작이 정지될 수 있는데, 이에 따라, 시스템 제어 모듈(300)과 ECU 사이의 통신이 두절될 수 있다. 이때, 시스템 제어 모듈(300)의 동작 형태는 슬립 모드로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 시스템 제어 모듈(300)은, 외부 전원이 소정 범위 이내일 때, 배터리 모듈(10)을 충전하기 위해 릴레이부(30)를 턴온 시킬 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어 모듈(300)은, 외부 전원이 10.5V 내지 14.8V인 경우 릴레이부(30)를 턴온 시킬 수 있다. 이와 같은 경우, 시스템 제어 모듈(300)의 동작 형태는 노멀 모드로 계속 유지될 수 있다. 또한, 시스템 제어 모듈(300)은, 외부 전원이 이러한 소정 범위를 벗어나는 경우, 릴레이부(30)를 턴오프 상태로 유지할 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어 모듈(300)은, 외부 전원이 10.5V 이하이거나 14.8V 이상인 경우, 릴레이부(30)를 턴오프 상태로 유지할 수 있다. 이와 같은 경우, 시스템 제어 모듈(300)의 동작 형태는 슬립 모드로 다시 전환될 수 있다.
시스템 제어 모듈(300)에 의해 릴레이부(30)를 제어할 경우 외부 전원 모듈(40)의 외부 전원의 전압 범위와 더불어 배터리 모듈(10)의 상태에 따라서도 릴레이부(30)가 제어될 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어 모듈(300)은, 외부 전원이 10.5V 내지 14.8V 인 경우 릴레이부(30)를 턴온 시켜야 하나, 배터리 모듈(10)의 상태에 따라 릴레이부(30)를 턴온 시키지 않을 수 있다. 이를 테면, 시스템 제어 모듈(300)은 배터리 모듈(10)의 충전 상태에 따라 릴레이부(30)를 턴온 시키지 않을 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(10)의 상태는 사용자에 따라 다르게 정의되어 미리 시스템 제어 모듈(300)에 저장될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈의 세부 구성을 보다 구체화하여 나타내는 도면이다.
또한, 도 3 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈(100)은 스위칭부(179)를 포함할 수 있다.
상기 스위칭부(179)는, 외부 전원 신호가 공급되는 외부 전원 신호 경로(L2)와 소스 전원이 공급되는 소스 전원 경로(L3)가 서로 접하는 접점에 위치할 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 스위칭부(179)는, 외부 전원 신호 경로(L2) 및 소스 전원 경로(L3)와 각각 연결될 수 있다. 여기서, 외부 전원 신호 경로(L2)는 일단이 외부 전원 입력부(110)에 연결되고 타단이 스위칭부(179)에 연결될 수 있다. 또한, 소스 전원 경로(L3)는 일단이 소스 전원 입력부(130)에 연결되고 타단이 스위칭부(179)에 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 외부 전원 신호 경로(L2)에는 외부 전원 신호가 흐르고, 소스 전원 경로(L3)에는 소스 전원이 흐를 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 스위칭부(179)는, 도 6에 도시된 바와 같이, FET(Field Effect Transistor)를 구비할 수 있다. 상기 FET(F)는, 외부 전원 신호 경로(L2)와 소스 전원 경로(L3)가 접하는 접점에 위치하여, 소스 전원의 통과 여부에 관련된 스위칭 역할을 할 수 있다. 즉, FET(F)는, 소스 전원 경로(L3)에 흐르는 소스 전원의 통과 여부에 관련된 스위칭 역할을 할 수 있다.
상기 FET(F)는, 선택적으로 온 또는 오프 될 수 있다. FET(F)는, 게이트 단자(G), 드레인 단자(D) 및 소스 단자(S)를 구비한 FET(Field Effect Transistor)소자로서, 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이에 인가된 전압에 따른 채널 형성 여부에 의해 온 되거나 오프 될 수 있다. 채널 형성 여부는 스위칭 제어부(175)의 구성에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 여기서, FET(F)는, 게이트 단자(G) 및 소스 단자(S) 사이에 인가된 전압이 문턱 전압(Th) 이상인 경우에 온 될 수 있다. 일 예로, FET(F)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있다. 문턱 전압(Th)는 FET(F)에 따라 달라 질 수 있으며 여기서는 12V로 가정하여 설명하였다.
예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 게이트 단자(G)는 외부 전원 신호 경로(L2)와 연결되고, 드레인 단자(D)는 소스 전원 경로(L3)에 연결되며, 소스 단자(S)는 제3 접점(N3)과 연결될 수 있다. 이를테면, 접지(PG)는 BMS 웨이크업 장치(B)의 접지로서 차체에 연결된 것일 수 있다.
바람직하게는, 스위칭부(179)는, 스위칭부(179)에 크기가 미리 결정된 기준 전압값 이상인 외부 전원 신호가 인가되면 소스 전원을 통과 시킬 수 있다. 예를 들어, 도 6의 실시예에서, FET(F)는, 게이트 단자(G)에 문턱 전압(Th) 이상인 외부 전원 신호가 인가되면 온 되어, 드레인 단자(D)로부터 소스 단자(S)의 방향으로 소스 전원을 통과 시킬 수 있다.
또한, 스위칭부(179)는 스위칭부(179)에 크기가 기준 전압값 미만인 외부 전원이 인가되면 소스 전원을 통과 시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 6의 실시예에서, FET(F)는, 게이트 단자(G)에 문턱 전압(Th) 미만인 외부 전원 신호가 인가되면 오프 되어, 드레인 단자(D)로부터 소스 단자(S)의 방향으로 소스 전원을 통과 시키지 않을 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 펄스 생성 모듈(100)은, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 제어부(175)를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭 제어부(175)는, 외부 전원 신호 경로(L2) 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 스위칭 제어부(175)는, 외부 전원 입력부(110)와 스위칭부(179) 사이에 위치하여, 스위칭부(179)로 전달되는 외부 전원 신호의 시간을 조절할 수 있다. 즉, 스위칭 제어부(175)는 FET(F)의 게이트 단자(G)에 인가되는 외부 전원 신호의 시간을 조절할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 스위칭 제어부(175)는, 스위칭부(179)에 전달되는 외부 전원 신호가 설계된 시간에 맞추어 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 스위칭 제어부(175)는, 외부 전원 입력부(110)로부터 외부 전원 신호가 인가된 후 설계된 시간 동안, FET(F)의 게이트 단자(G)에 인가되는 외부 전원 신호가 설계된 시간만큼 전달되도록 할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 제어부(175)는, 외부 전원 입력부(110)로부터 12V의 외부 전원 신호가 인가된 후 설계된 시간 이를 테면, 120ms의 시간 동안, FET(F)의 게이트 단자(G)에 인가되는 외부 전원 신호가 120ms 시간만큼 전달되도록 할 수 있다.
이를 위해, 스위칭 제어부(175)는 커패시터(C) 및 저항(R3)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 커패시터(C)는, 외부 전원 신호 경로(L2) 상에 위치하여 외부 전원 신호에 의하여 충전될 수 있다. 또한, 저항(R3)은, 커패시터(C)와 스위칭부(179) 사이의 외부 전원 신호 경로(L2) 상에 위치하는 한 점인 제4 접점(N4)과 접지(PG)를 연결하는 경로 상에 위치할 수 있다. 이때, 저항(R3)은 복수 개가 구비될 수 있다. 더욱이, 복수의 저항(R3)은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 커패시터(C)는, 외부 전원 신호가 인가되면 외부 전원 신호에 의하여 충전될 수 있다. 여기서, 커패시터(C)는 외부 전원 신호가 인가되는 순간 게이트 단자(G)에 외부 전원 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 12V의 전압을 갖는 외부 전원 신호가 외부 전원 입력부(110)를 통해 커패시터(C)에 인가되면, 커패시터(C)는 12V의 외부 전원 신호를 게이트 단자(G)에 전달하고, 외부 전원 신호에 의하여 충전될 수 있다.
또한, 상기 커패시터(C)는, 외부 전원 신호에 의하여 충전이 된 이후에, 게이트 단자(G)에 전달되는 외부 전원 신호를 차단할 수 있다. 예를 들어, FET(F)의 게이트 단자(G)에 인가되는 외부 전원 신호는 12V에서 0V로 서서히 내려갈 수 있다. 이는 외부 전원 모듈로부터 인가된 외부 전원 신호가 커패시터(C)를 충전시키고 충전이 완료되면 더 이상 게이트 단자(G)로 외부 전원 신호가 전달될 수 없기 때문이다. 여기서, 게이트 단자(G)는 저항(R3)을 통해 접지(PG)와 연결될 수 있다. 이 경우, 외부 전원 신호가 인가되지 않을 경우 충전되어 있는 커패시터(C)는 접지(PG)를 통해 방전 되고 게이트 단자(G)의 전압이 12V에서 0V로 내려갈 수 있다.
더욱 바람직하게는, 스위칭 제어부(175)는, 소스 전원이 스위칭부(179)를 통과하는 시간을 조절하도록 구성될 수 있다. 즉, 스위칭 제어부(175)는, 커패시터(C)의 용량 및 저항(R3)의 크기 값에 따라 게이트 단자(G)에 인가되는 시간을 조절하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 커패시터(C)의 용량 크기가 클수록 소스 전원이 스위칭부(179)를 통과하는 시간이 길어질 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈(100)은, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 방전부(171)를 더 포함할 수 있다.
상기 방전부(171)는, 외부 전원 모듈(40) 및 스위칭 제어부(175) 사이에 위치하는 제1 접점(N1)과 접지(PG) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 방전부(171)는, 외부 전원 입력부(110)와 스위칭 제어부(175) 사이의 외부 전원 신호 경로(L2) 상에 위치하는 제1 접점(N1)과 접지(PG)를 연결하는 경로 상에 위치할 수 있다.
방전부(171)는, 외부 전원 신호 경로(L2) 상의 제1 접점(N1)과 연결된 외부 전원 모듈(40) 이외의 외부 장치를 방전시킬 수 있다. 즉, 방전부(171)는, 외부 전원 입력부(110)를 통해 제1 접점(N1)과 연결된 외부 장치를 방전시킬 수 있다. 이를테면, 상기 외부 장치는 차량의 전장품일 수 있다. 이를 통해, 방전부(171)는, 외부 전원 모듈(40)로부터 외부 전원 신호가 공급되기 전에 커패시터(C)가 충전되지 않도록, 외부 장치로부터 외부 전원 입력부(110)로 공급되는 전원을 방전시킬 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 방전부(171)는 방전 저항(R1)을 구비할 수 있다. 특히, 방전 저항(R1)은 복수 개가 구비될 수 있다. 여기서, 복수의 방전 저항(R1)은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 외부 장치의 영향을 받지 않도록 외부 장치를 방전시키는 구성을 통해 회로의 안정성을 높일 수 있는 BMS 웨이크업 장치가 얻어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈(100)은, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 과전류 보호부(173)를 더 포함할 수 있다.
상기 과전류 보호부(173)는, 제1 접점(N1)과 스위칭 제어부(175) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 과전류 보호부(173)는, 제1 접점(N1)과 스위칭 제어부(175) 사이의 외부 전원 신호 경로(L2) 상에 위치할 수 있다.
과전류 보호부(173)는, 스위칭 제어부(175) 및 스위칭부(179)에 과전류가 공급되지 않도록 할 수 있다. 즉, 과전류 보호부(173)는 외부 전원 신호 경로(L2) 상에 과전류가 흐르지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 과전류 보호부(173)는 보호 저항(R2)을 구비할 수 있다. 여기서, 보호 저항(R2) 및 방전 저항(R1)의 크기는 서로 다르게 구현될 수 있다. 이를테면, 보호 저항(R2)의 크기는 방전 저항(R1)의 크기 보다 작을 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 생성 모듈(100)은, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 과전압 보호부(177)를 더 포함할 수 있다.
상기 과전압 보호부(177)는, 스위칭 제어부(175) 및 스위칭부(179) 사이의 외부 전원 신호 경로(L2) 상에 위치하는 제2 접점(N2)과 접지(PG) 사이를 연결하는 경로상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(177)는 제너 다이오드(Zener diode)를 구비할 수 있다.
과전압 보호부(177)는, 스위칭부(179)에 과전압이 공급되지 않도록 할 수 있다. 즉, 과전압 보호부(177)는, 스위칭 제어부(175)를 통해 게이트 단자(G)에 전달되는 외부 전원이 과전압인 경우 이를 스위칭부(179)에 전달하지 않을 수 있다. 예를 들어, 스위칭부(179)의 FET(F)을 보호하기 위해 15V가 과전압으로 설정되는 경우, 과전압 보호부(177)는 15V 이상의 외부 전원 신호를 스위칭부(179)에 전달하지 않을 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 과전압 보호부(177)에 구비된 제너 다이오드(ZD)는 제2 접점(N2)으로부터 접지(PG) 방향을 도통의 정방향으로 설정할 수 있다. 여기서, 제너 다이오드(ZD)는, 제2 접점(N2)로부터 접지(PG) 사이의 전압에 대하여 제너 다이오드(ZD)의 설정 값에 따라 과전압 기준 값을 설정할 수 있다. 이와 같은 구성에서, 과전압 보호부(177)는 과전압 미만의 전압이 제2 접점(N2)에 인가되면, 제2 접점(N2)에 인가된 전압을 그대로 스위칭부(179)에 전달할 수 있다. 또한, 과전압 보호부(177)는 과전압 이상의 전압이 제2 접점(N2)에 인가되는 경우, 설정된 값에 맞게 전압을 제한함으로써 제2 접점(N2)에 인가된 과전압을 스위칭부(179)에 전달하지 않을 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 과전압 및 과전류 보호 회로를 통해 안정적으로 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시킬 수 있는 BMS 웨이크업 장치가 얻어질 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 전원 모듈로부터 공급되는 외부 전원 신호 및 스위칭부의 게이트 단자에 인가된 전원의 시간에 따른 전압 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
보다 구체적으로, 도 7의 (a)그래프는, 시간에 따른 외부 전원 신호의 전압 크기 변화량을 나타내는 그래프이고, 도 7의 (b)그래프는, 이러한 외부 전원 신호에 의한 스위칭부의 게이트 단자에 인가된 전압의 시간에 따른 크기 변화량을 나타내는 그래프이다. 즉, 도 7의 (b)그래프에는, 외부 전원 모듈로부터 외부 전원 신호가 펄스 생성 모듈에 인가된 이후, 게이트 단자(G)의 시간에 따른 전압 변화가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 외부 전원 신호가 펄스 생성 모듈에 인가되면, 일단 펄스 생성 모듈에 포함된 스위칭부의 게이트 단자(G)에는 외부 전원 신호가 그대로 인가될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (a) 및 (b)그래프에서, 외부 전원 모듈로부터 12V의 외부 전원 신호가 펄스 생성 모듈에 인가되면, 외부 전원 신호 및 게이트 단자(G)의 초기 전압은 12V로 동일할 수 있다.
하지만, 게이트 단자(G)의 전압은 스위칭 제어부의 커패시터(C)의 용량에 따라 서서히 낮아질 수 있다. 이때, 스위칭 제어부의 커패시터(C)의 용량에 따라 전압-시간 그래프가 다르게 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (b)그래프에는, 제1 그래프(VG1)의 커패시터(C)의 용량 값이 제2 그래프(VG2)의 커패시터(C)의 용량 값에 비해 큰 경우의 전압-시간 그래프가 각각 도시되어 있다.
소스 전원은 설계된 시간 동안 스위칭부를 통과할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (b)그래프에서, 스위칭부의 문턱 전압(Th)이 12V인 경우 12V를 그대로 통과하는 시간은 제1 그래프(VG1)의 경우, 130ms이고, 제2 그래프(VG2)의 경우, 120ms일 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 전원 신호, 펄스 신호 및 작동 전원의 시간에 따른 전압 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
특히, 도 8에는, 외부 전원 모듈로부터 외부 전원 신호가 인가된 이후(도 8의 (a)), 펄스 생성 모듈에서 생성되는 펄스 신호(도 8의 (b)) 및 전원 출력 모듈에서 출력되는 작동 전원(도 8의 (c))의 시간에 따른 전압 변화가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 펄스 생성 모듈은, 외부 전원 신호가 인가되면 스위칭부에 대한 소스 전원의 통과 여부를 결정하여 펄스 신호를 생성할 수 있다. 즉, 펄스 생성 모듈은, 외부 전원 신호를 기초로 소정의 시간 동안 소스 전원을 통과 시켜 펄스 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 8의 (b)그래프에는, 도 7의 제1 그래프(VG1)에서 결정된 130ms의 시간 동안 5V의 제1 펄스 신호(PL1)가 생성되는 것이 도시되어 있다. 또한, 도 8의 (b)그래프에는, 도 7의 제2 그래프(VG2)에서 결정된 120ms의 시간 동안 5V의 제2 펄스 신호(PL2)가 생성되는 것이 도시되어 있다.
한편, 펄스 생성 모듈은, 스위칭부의 게이트 단자에 인가되는 외부 전원 신호의 전압이 문턱 전압 미만인 경우, 펄스 신호를 생성하지 않을 수 있다. 즉, 펄스 생성 모듈은, 스위칭부의 게이트 단자에 인가되는 외부 전원 신호의 전압이 문턱 전압 미만인 경우, 소스 전원을 통과 시키지 않을 수 있다.
예를 들어, 도 8의 (b)그래프에는, 도 7의 제1 그래프(VG1)가 문턱 전압인 12V 미만으로 내려가는 지점인 130ms의 지점부터 5V의 펄스 신호가 생성되지 않는 제1 펄스 신호(PL1)의 전압-시간 그래프가 도시되어 있다. 또한, 도 8의 (b)그래프에는, 도 7의 제2 그래프(VG2)가 문턱 전압인 12V 미만으로 내려가는 지점인 120ms의 지점부터 5V의 펄스 신호가 생성되지 않는 제2 펄스 신호(PL2)의 전압-시간 그래프가 도시되어 있다.
전원 출력 모듈은, 펄스 생성 모듈로부터 펄스 신호를 공급받으면 작동 전원을 출력할 수 있다. 즉, 전원 출력 모듈은, 펄스 신호를 공급받으면 작동 전원을 시스템 제어 모듈에 전달하여 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다. 이때, 시스템 제어 모듈은 전원 출력 모듈로부터 작동 전원을 공급받아 외부 전원 신호의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 시스템 제어 모듈은 측정된 외부 전원 신호의 전압을 기초로 전원 출력 모듈에서 출력되는 작동 전원을 제어할 수 있다.
여기서, 도 8의 (c)그래프에 도시된, 제1 작동 전원 그래프(OP1) 및 제2 작동 전원 그래프(OP2)를 참조하면, 시스템 제어 모듈은, 외부 전원 신호의 전압이 소정의 범위에 해당하는 경우, 제1 작동 전원 그래프(OP1)와 같이 작동 전원을 계속 출력할 수 있다. 반면에, 시스템 제어 모듈은, 외부 전원 신호의 전압이 소정의 범위에 해당하지 않는 경우, 제2 작동 전원 그래프(OP2)와 같이 작동 전원을 계속 출력하지 않을 수 있다.
예를 들어, 도 8의 (c)그래프에 도시된 제1 작동 전원 그래프(OP1)에서, 시스템 제어 모듈은, 외부 전원 신호가 10.5V 내지 14.8V인 경우, 배터리 모듈을 충전하기 위해 릴레이부를 턴온 시키고, 작동 전원을 계속 출력하도록 전원 출력 모듈을 제어할 수 있다. 이와 같은 경우, 시스템 제어 모듈의 동작 형태는 노멀 모드로 계속 유지될 수 있다. 또한, 도 8의 (c)그래프에 도시된 제2 작동 전원 그래프(OP2)에서, 시스템 제어 모듈은 외부 전원 신호가 10.5V 이하이거나 14.8V 이상인 경우, 릴레이부를 턴오프 상태로 유지하고, 작동 전원의 출력을 멈추도록 전원 출력 모듈을 제어할 수 있다. 이와 같은 경우, 시스템 제어 모듈의 동작 형태는 슬립 모드로 다시 전환될 수 있다.
본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치는, BMS가 슬립 모드 상태에서, 외부 전원의 공급을 통해 웨이크업 시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치는, 배터리 팩이 방전된 상태에서도 적용될 수 있다. 즉, 배터리 팩, 이를테면 차량용 배터리 팩이 방전된 경우, 대체로 BMS는 꺼져 있게 된다. 이때, 배터리 팩을 충전하기 위해 충전기가 배터리 팩에 접속되면, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치는, 이처럼 외부 충전기의 충전 전원을 외부 전원으로서 공급받아, BMS를 웨이크업 시킬 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 형태에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 팩이 차량에 장착된 경우, 차량의 시동이 켜질 때, 외부 전원이 BMS 웨이크업 장치에 공급되도록 함으로써, BMS 웨이크업 장치가 BMS를 웨이크업 시키도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치의 전원 출력 모듈(200) 및 시스템 제어 모듈(300)은, BMS(Battery Management System)의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 BMS 웨이크업 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지, 상기 BMS 웨이크업 장치, 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 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.
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.
B: BMS 웨이크업 장치 10: 배터리 모듈
30: 릴레이부 40: 외부 전원 모듈
50: 제1 전압 측정부 70: 제2 전압 측정부
100: 펄스 생성 모듈 110: 외부 전원 입력부
130: 소스 전원 입력부 150: 펄스 신호 출력부
171: 방전부 173: 과전류 보호부
175: 스위칭 제어부 177: 과전압 보호부
179: 스위칭부 200: 전원 출력 모듈
210: 컨버터 230: 제1 레귤레이터
250: 펄스 신호 입력부 270: 제2 레귤레이터
300: 시스템 제어 모듈 310: 제1 전압 수신부
330: 릴레이 제어부 350: 작동 전원 입력부
370: 제2 전압 수신부

Claims (12)

  1. 외부 전원 모듈로부터 외부 전원 신호를 공급받아 배터리 관리 시스템을 웨이크업 시키는 BMS 웨이크업 장치에 있어서,
    상기 외부 전원 모듈로부터 상기 외부 전원 신호를 공급받고, 상기 외부 전원 신호와는 다른 경로로 소스 전원을 공급받으며, 상기 외부 전원 신호가 공급되면 상기 소스 전원의 통과 여부에 따라 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 모듈; 및
    상기 펄스 생성 모듈로 상기 소스 전원을 제공하고, 상기 펄스 생성 모듈로부터 상기 펄스 신호를 공급받으면, 상기 펄스 신호를 기초로 상기 배터리 관리 시스템을 구동하는 작동 전원을 출력하는 전원 출력 모듈을 포함하고,
    상기 펄스 생성 모듈은,
    상기 외부 전원 신호의 크기와 미리 결정된 기준 전압값을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 소스 전원의 통과 여부를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 생성 모듈은, 상기 외부 전원 신호가 공급되는 외부 전원 신호 경로와 상기 소스 전원이 공급되는 경로가 서로 접하는 접점에 위치하여, 상기 외부 전원 신호를 기초로 상기 소스 전원이 공급되는 경로를 개폐하는 스위칭부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부는, 상기 스위칭부에 크기가 미리 결정된 기준 전압값 이상인 외부 전원 신호가 인가되면 상기 소스 전원을 통과 시키고, 상기 스위칭부에 크기가 기준 전압값 미만인 외부 전원 신호가 인가되면 상기 소스 전원을 통과 시키지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펄스 생성 모듈은, 상기 외부 전원 신호 경로 상에 위치하여, 상기 스위칭부로 전달되는 상기 외부 전원 신호의 시간을 조절하는 스위칭 제어부
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 외부 전원 신호가 인가된 후 소정 시간이 지나면, 상기 스위칭부에 전달되는 상기 외부 전원 신호의 시간을 줄이도록 구성된 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 외부 전원 신호 경로 상에 위치하여 상기 외부 전원 신호에 의하여 충전되는 커패시터, 및 상기 외부 전원 신호 경로와 접지를 연결하는 경로 상에 위치하는 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 소스 전원이 상기 스위칭부를 통과하는 시간을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 펄스 생성 모듈은, 상기 외부 전원 모듈 및 상기 스위칭 제어부 사이에 위치하는 제1 접점과 접지 사이에 위치하여, 상기 외부 전원 신호 경로 상의 상기 제1 접점과 연결된 상기 외부 전원 모듈 이외의 외부 장치를 방전시키는 방전부
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 펄스 생성 모듈은, 상기 제1 접점과 상기 스위칭 제어부 사이에 위치하여, 상기 스위칭 제어부 및 상기 스위칭부에 과전류가 공급되지 않도록 하는 과전류 보호부
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 펄스 생성 모듈은, 상기 스위칭 제어부 및 상기 스위칭부 사이의 상기 외부 전원 신호 경로 상에 위치하는 제2 접점과 접지 사이에 위치하여, 상기 스위칭부에 과전압이 공급되지 않도록 하는 과전압 보호부
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 BMS 웨이크업 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 BMS 웨이크업 장치를 포함하는 BMS.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 BMS 웨이크업 장치를 포함하는 배터리 팩.
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