KR102423888B1

KR102423888B1 - 스위치 제어 장치

Info

Publication number: KR102423888B1
Application number: KR1020180094441A
Authority: KR
Inventors: 이준혁; 이석준
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-08-13
Also published as: EP3753779A1; JP2021511715A; US11072257B2; EP3753779A4; KR20200018958A; US20210078437A1; CN111629928B; JP7078292B2; CN111629928A; WO2020036427A1

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 구비된 스위치를 제어하는 과정에서 효과적으로 스위치를 제어할 수 있는 스위치 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치는, 전압 입력 소스로부터 전원을 공급 받는 스위치의 개폐를 제어하는 장치로서, 상기 스위치와 전기적으로 병렬 연결되어 상기 스위치의 양극 단자 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 구성된 환류 다이오드; 상기 환류 다이오드와 전기적으로 직렬 연결되어 상기 스위치의 음극 단자를 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성된 제너 다이오드; 상기 전압 입력 소스의 입력 단자와 상기 스위치의 양극 단자 사이에 구비되어, 상기 입력 단자로부터 입력 전압을 수신하고, 상기 스위치의 양극 단자로 상기 입력 전압을 전달할 수 있도록 구성된 FET; 상기 FET와 전기적으로 연결되어 상기 FET로 상기 스위치의 개폐 동작을 제어하는 신호를 전달하도록 구성된 제어부; 및 상기 전압 입력 소스의 입력 단자로부터 스위치로 공급되는 경로와 제어부 사이의 연결 경로 상에 구비되어 상기 제어부에 인가되는 전압을 분배하도록 구성된 저항을 포함한다.

Description

스위치 제어 장치{Apparatus for controlling switch}

본 발명은 스위치 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩에 구비된 스위치를 제어하는 과정에서 효과적으로 스위치를 제어할 수 있는 스위치 제어 장치에 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.

이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히 전기차나 하이브리드 자동차에 사용되는 이차 전지는 고출력, 대용량 이차 전지로서, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

또한, 이차 전지에 대한 많은 수요와 함께 이차 전지와 관련된 주변 부품이나 장치에 대한 연구도 함께 이루어지고 있다. 즉, 복수의 이차 전지를 연결하여 하나의 모듈로 만든 배터리 모듈, 배터리 모듈의 충방전을 제어하고 각 이차 전지의 상태를 모니터링하는 BMS, 배터리 모듈과 BMS를 하나의 팩으로 만든 배터리 팩, 배터리 모듈을 모터와 같은 부하와 연결하는 컨택터(Contactor) 등 다양한 부품과 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.

특히, 컨택터는 배터리 모듈과 부하를 연결하고, 전력의 공급여부를 제어하는 스위치로서 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 일 예로 널리 사용되는 리튬 이온 이차 전지의 작동 전압은 약 3.7V ~ 4.2V로서, 고전압을 제공하기 위해 다수의 이차 전지를 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성한다. 전기차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 모듈의 경우, 자동차를 구동시키는 모터는 약 240V ~ 280V의 배터리 전압을 필요로 한다. 이러한 배터리 모듈과 모터를 연결하는 컨택터는 고전압, 고출력의 전기 에너지가 상시 통과하는 부품으로서 이상(Fault) 발생 여부를 모니터링하고 효과적으로 ON/OFF를 제어하는 것이 중요하다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 배터리 팩에 구비된 스위치를 제어하는 과정에서 효과적으로 스위치를 제어할 수 있는 개선된 스위치 제어 장치에 관한 것이다.

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 스위치 제어 장치는, 전압 입력 소스로부터 전원을 공급 받는 스위치의 개폐를 제어하는 장치로서, 상기 스위치와 전기적으로 병렬 연결되어 상기 스위치의 양극 단자 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 구성된 환류 다이오드; 상기 환류 다이오드와 전기적으로 직렬 연결되어 상기 스위치의 음극 단자를 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성된 제너 다이오드; 상기 전압 입력 소스의 입력 단자와 상기 스위치의 양극 단자 사이에 구비되어, 상기 입력 단자로부터 입력 전압을 수신하고, 상기 스위치의 양극 단자로 상기 입력 전압을 전달할 수 있도록 구성된 FET; 상기 FET와 전기적으로 연결되어 상기 FET로 상기 스위치의 개폐 동작을 제어하는 신호를 전달하도록 구성된 제어부; 및 상기 전압 입력 소스의 입력 단자로부터 스위치로 공급되는 경로와 제어부 사이의 연결 경로 상에 구비되어 상기 제어부에 인가되는 전압을 분배하도록 구성된 저항을 포함한다.

또한, 상기 저항은, 상기 FET의 드레인 단자 및 상기 스위치의 양극 단자 사이의 노드와 상기 제어부의 입출력 핀 사이에 양단이 전기적으로 직접 연결되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 저항은, 상기 제어부의 입출력 핀에 인가되는 전압이 상기 제어부의 정격 전압 내로 인가되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 저항은, 저항값의 크기가 상기 제어부의 내부 저항값의 크기 이상일 수 있다.

또한, 상기 제너 다이오드는, 상기 스위치의 음극 단자와 상기 환류 다이오드 사이에 구비될 수 있다.

또한, 상기 FET는, 상기 FET의 소스 단자와 상기 입력 단자가 전기적으로 직접 연결되고, 상기 FET의 드레인 단자와 상기 스위치의 양극 단자가 전기적으로 직접 연결되고, 상기 FET의 게이트 단자와 상기 제어부가 전기적으로 직접 연결되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 적어도 2개 이상의 입출력 핀을 구비하고, 상기 입출력 핀은, 상기 FET 및 상기 저항에 각각 전기적으로 직접 연결되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부 및 상기 저항은, 상기 제어부와 상기 저항 사이에 구비된 노드에서 전기적으로 직접 연결되고, 상기 노드와 상기 스위치의 음극 단자 사이에 전기적으로 직접 연결되어 상기 저항을 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성된 역전압 방지 다이오드를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS는, 본 발명에 따른 스위치 제어 장치를 포함한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 스위치 제어 장치를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 스위치가 닫힌 상태에서 개방된 상태로 전환되는 경우 발생되는 역기전력에 의한 전류를 빠르게 방출함으로써, 스위치의 ON/OFF를 빠르게 전환시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명이 일 측면에 의하면, 제어부에 인가되는 전압이 정격 전압 내로 인가될 수 있도록 하여 스위치 제어 회로의 안정성을 강화할 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 스위치 제어 회로가 배터리 팩에 구비된 스위치와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 스위치와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 스위치와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부와 스위치 사이에 연결된 저항을 개략적으로 나타내는 도면이다.

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.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

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 '제어부'와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본 명세서에서, 이차 전지는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 이차 전지로 간주될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치는, 전압 입력 소스로부터 전원을 공급 받는 스위치의 개폐를 제어하는 장치일 수 있다. 여기서, 상기 스위치 제어 장치는 배터리 팩에 구비될 수 있다. 또한, 상기 스위치 제어 장치는, 차량에 장착된 배터리 팩에 구비될 수 있다. 예를 들어, 전압 입력 소스는 스위치의 동작을 제어하는 동작 전압을 전달하는 전압 소스일 수 있다. 이를 테면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치는, 컨택터(contactor) 또는 릴레이(relay)일 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 배터리 팩에 구비된 스위치와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 스위치와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치는, 스위치 제어 회로(1)에 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로(1)는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 셀 어셈블리(B)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자 사이에 구비된 스위치(10)를 제어하는 회로일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 차량에 구비되는 경우, 배터리 팩의 양단은 차량 부하(L)와 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 환류 다이오드(100), 제너 다이오드(200), FET(300), 제어부(400) 및 저항(500)을 포함할 수 있다.

상기 환류 다이오드(100)는, 스위치(10)와 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 환류 다이오드(100)는, 입력 단자(Vi)와 스위치(10) 사이의 연결 경로 사이에 구비된 제1 노드(N1)와 접지(G) 사이에 구비될 수 있다. 또한, 환류 다이오드(100)는, 제1 노드(N1)와 접지(G)에 양단이 연결되는 스위치(10)와 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.

또한, 환류 다이오드(100)는, 스위치(10)의 양극 단자 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 환류 다이오드(100)는, 제1 노드(N1)의 방향을 정방향으로 하여 제1 노드(N1)의 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 구성된 다이오드(Diode)일 수 있다. 또한, 환류 다이오드(100)는, 제1 노드(N1)를 통하여 스위치(10)의 양극 단자 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 환류 다이오드(100)는, 스위치(10)가 닫힌 상태에서 개방된 상태로 전환되는 경우, 환류 다이오드(100)와 스위치(10) 사이를 연결하는 폐루프를 통해 스위치(10)의 인덕터 성분에 의하여 발생되는 전류를 다시 스위치(10)로 흐르게 하여, 역기전력에 의하여 발생되는 임펄스 전압에 의한 스위치(10)의 손상을 방지할 수 있다.

상기 제너 다이오드(200)는, 환류 다이오드(100)와 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드(200)는, 제1 노드(N1) 및 접지(G) 사이에 구비되어 환류 다이오드(100)와 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.

또한, 제너 다이오드(200)는, 스위치(10)의 음극 단자를 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드(200)는, 제1 노드(N1)의 방향을 역방향으로 하고, 접지(G)의 방향을 정방향으로 하도록 구성될 수 있다. 또한, 제너 다이오드(200)는, 접지(G)를 통하여 스위치(10)의 음극 단자를 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성될 수 있다.

또한, 제너 다이오드(200)는, 환류 다이오드(100)를 통하여 제1 노드(N1)의 방향으로 전류가 흐르는 경우, 미리 결정된 임계 전압이 제1 노드(N1)에 인가되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제너 다이오드(200)에 의하여 제1 노드(N1)에는 접지(G) 대비 -18v가 인가될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 제너 다이오드(200)는, 스위치(10)가 닫힌 상태에서 개방된 상태로 전환되는 경우, 환류 다이오드(100)와 스위치(10) 사이를 연결하는 폐루프를 통해 전류를 빠르게 흐르게 하여, 스위치(10)의 내부 저항(500)을 통해 역기전력에 의하여 발생되는 전류를 빠르게 방출 시킬 수 있다.

상기 FET(300)는, 전압 입력 소스의 입력 단자(Vi)와 스위치(10)의 양극 단자 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, FET(300)는, 입력 단자(Vi)와 스위치(10)의 양극 단자를 연결하는 경로 상에 구비될 수 있다. 예를 들어, FET(300)는, FET(300)의 소스 단자(S)가 입력 단자(Vi)와 전기적으로 직접 연결되고, FET(300)의 드레인 단자(D)가 스위치(10)와 전기적으로 직접 연결될 수 있다.

또한, FET(300)는, 입력 단자(Vi)로부터 입력 전압을 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, FET(300)는, 전압 입력 소스의 입력 단자(Vi)로부터 FET(300)의 소스 단자(S)로 입력 전압을 수신할 수 있다. 이를 테면, 전압 입력 소스는, BMS(Battery Management System)에 구비된 전압원일 수 있다.

또한, FET(300)는, 스위치(10)의 양극 단자로 입력 전압을 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, FET(300)의 게이트 단자(G)에 인가되는 신호에 따라 FET(300)의 소스 단자(S)와 FET(300)의 드레인 단자(D) 사이를 전기적으로 연결할 수 있도록 구성되어, FET(300)의 소스 단자(S)로부터 스위치(10)의 양극 단자로 입력 전압을 전달할 수 있다. 이를 테면, FET(300)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 기생 다이오드를 구비한 p-channel MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있다.

상기 제어부(400)는, FET(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는, FET(300)의 게이트 단자(G)와 전기적으로 직접 연결될 수 있다.

또한, 제어부(400)는, FET(300)로 스위치(10)의 개폐 동작을 제어하는 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는, FET(300)의 게이트 단자(G)로 전기적 신호를 전달할 수 있다. 또한, 제어부(400)는, FET(300)의 게이트 단자(G)로 스위치(10)의 개폐 동작을 제어하는 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는, FET(300)의 게이트 단자(G)에 0v의 전압이 인가되도록 하여 FET(300)가 닫힌 상태가 되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(400)는, FET(300)의 게이트 단자(G)에 5v의 전압이 인가되도록 하여 FET(300)가 열린 상태가 되도록 할 수 있다. 여기서, 5v는, FET(300)의 임계 전압일 수 있다.

예를 들어, FET(300)의 게이트 단자(G)에 5v가 인가되어 FET(300)가 개방되어 있는 경우, 제어부(400)는, FET(300)의 게이트 단자(G)에 0v를 인가하여 FET(300)를 폐쇄시킬 수 있다. 이 경우, FET(300)의 소스 단자(S)와 FET(300)의 드레인 단자(D)가 전기적으로 연결되어 전압 입력 소스로부터 스위치(10)의 양극 단자로 입력 전압이 전달될 수 있다. 이어서, 스위치(10)는 입력 전압을 수신함으로써 닫힌 상태로 전환될 수 있다.

또한, FET(300)의 게이트 단자(G)에 0v가 인가되어 FET(300)가 폐쇄되어 있는 경우, 제어부(400)는, FET(300)의 게이트 단자(G)에 5v를 인가하여 FET(300)를 개방시킬 수 있다. 이 경우, FET(300)의 소스 단자(S)와 FET(300)의 드레인 단자(D)가 전기적으로 개방되어 전압 입력 소스로부터 스위치(10)의 양극 단자로 입력 전압이 전달되지 않을 수 있다. 이어서, 스위치(10)는 개방 상태로 전환될 수 있다.

상기 저항(500)은, 전압 입력 소스의 입력 단자(Vi)로부터 스위치(10)로 공급되는 경로와 제어부(400) 사이의 연결 경로 상에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 저항(500)은, 제2 노드(N2)와 제어부(400) 사이를 연결하는 연결 경로 상에 구비될 수 있다. 여기서, 제2 노드(N2)는, 입력 단자(Vi)와 스위치(10)의 양극 단자 사이를 연결하는 경로 상에 구비될 수 있다. 또한, 제2 노드(N2)는, FET(300)의 드레인 단자(D)와 제1 노드(N1) 사이에 구비될 수 있다.

또한, 저항(500)은, 제어부(400)에 인가되는 전압을 분배하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 저항(500)에는, 제2 노드(N2)와 제어부(400) 사이에 인가되는 전압의 일부가 분배되어 인가될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항(500)은, 제2 노드(N2)에 인가되는 전압이 모두 제어부(400)에 인가되지 않도록 할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는, 적어도 2개 이상의 입출력 핀(i1, i2)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 입출력 핀(i1, i2)은, FET(300) 및 저항(500)에 각각 전기적으로 직접 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 입출력 핀(i1)은, 제2 노드(N2)와 제어부(400) 사이를 연결하는 입출력 핀일 수 있다. 또한, 제1 입출력 핀(i1)은, 저항(500)과 제어부(400) 사이를 직접 전기적으로 연결하는 입출력 핀일 수 있다. 또한, 제2 입출력 핀(i2)은, FET(300)의 게이트 단자(G)와 제어부(400) 사이를 직접 연결하는 입출력 핀일 수 있다.

또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항(500)은, FET(300)의 드레인 단자(D) 및 스위치(10)의 양극 단자 사이의 노드와 제어부(400)의 입출력 핀 사이에 양단이 전기적으로 직접 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 저항(500)은, 제2 노드(N2)와 제어부(400)의 제1 입출력 핀(i1) 사이에 양단이 전기적으로 직접 연결되도록 구성될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제너 다이오드(200)는, 스위치(10)의 음극 단자와 환류 다이오드(100) 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드(200)는, 접지(G)를 사이에 두고, 스위치(10)의 음극 단자와 환류 다이오드(100) 사이에 전기적으로 직접 연결될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 FET(300)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, FET(300)의 소스 단자(S)와 입력 단자(Vi)가 전기적으로 직접 연결될 수 있다. 또한, FET(300)는, FET(300)의 드레인 단자(D)와 스위치(10)의 양극 단자가 전기적으로 직접 연결될 수 있다. 또한, FET(300)는, FET(300)의 게이트 단자(G)와 제어부(400)가 전기적으로 직접 연결될 수 있다.

한편, 제어부(400)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 제어부(400), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀 및/또는 데이터 처리 장치, 메모리 디바이스 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

한편, 메모리 디바이스는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리 디바이스는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 메모리 디바이스는, 또한 제어부(400)에 의해 각각 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어부(400)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 디바이스는, 또한 제어부(400)가 각각 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다.

도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 스위치와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 본 실시예에서는, 앞선 실시예에 대한 설명이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400) 및 저항(500)은, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 제어부(400)와 저항(500) 사이에 구비된 노드에서 전기적으로 직접 연결될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치는, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 역전압 방지 다이오드(600)를 더 포함할 수 있다.

상기 역전압 방지 다이오드(600)는, 제어부(400)와 저항(500) 사이에 구비된 노드와 스위치(10)의 음극 단자 사이에 전기적으로 직접 연결되어 저항(500)을 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 역전압 방지 다이오드(600)는, 제어부(400)와 저항(500) 사이에 구비된 노드와 접지(G) 사이에 전기적으로 직접 연결될 수 있다. 또한, 역전압 방지 다이오드(600)는, 접지(G)를 사이에 두고 제어부(400)와 저항(500) 사이에 구비된 노드와 스위치(10)의 음극 단자 사이에 전기적으로 직접 연결될 수 있다. 또한, 역전압 방지 다이오드(600)는, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 제어부(400)와 저항(500) 사이에 구비된 노드를 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 스위치 제어 장치는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 스위치 제어 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 스위치 제어 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 스위치 제어 장치의 제어부(400) 및 메모리 디바이스는, BMS(Battery Management System)의 구성요소로서 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스위치 제어 장치는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 스위치 제어 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지, 상기 스위치 제어 장치, 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부와 스위치 사이에 연결된 저항을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항(500)은, 제2 노드(N2)와 제어부(400)의 제1 입출력 핀(i1) 사이에 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 내부 저항(410)을 구비할 수 있다.

상기 내부 저항(410)은, 제1 입출력 핀(i1)과 내부 단자(i1') 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 내부 저항(410)은, 제어부(400)의 등가 저항(500)일 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항(500)은, 제어부(400)의 입출력 핀에 인가되는 전압이 제어부(400)의 정격 전압 내로 인가되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 내부 단자(i1')와 제2 노드(N2) 사이에 인가되는 전압이 18v이고, 내부 저항(410)과 저항(500)이 1kΩ 으로 저항값의 크기가 동일한 경우, 내부 저항(410)과 저항(500)에는 18v가 분배되어 각각 9v가 인가될 수 있다. 이 경우, 제2 노드(N2)에 -18v가 인가되는 경우, 제1 입출력 핀(i1)에는 -9v가 인가될 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)의 정격 전압이 -10v~60v인 경우, 제어부(400)의 제1 입출력 핀(i1)에는 -10v~60v의 전압이 인가되어야 한다. 따라서, 이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항(500)은, 제2 노드(N2)에 인가되는 전압을 분배함으로써 제어부(400)의 입출력 핀에 인가되는 전압이 제어부(400)의 정격 전압 내로 인가되도록 할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항(500)은, 저항값의 크기가 제어부(400)의 내부 저항의 저항값의 크기 이상일 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)의 정격 전압이 -10v~60v 이고 제2 노드(N2)에 -18v가 인가되는 경우, 내부 저항(410)과 저항(500)이 1kΩ 으로 저항값의 크기가 동일하게 되면 제1 입출력 핀(i1)에는 -9v가 인가될 수 있다. 이 경우, 저항(500)의 저항값의 크기가 내부 저항(410)의 저항값의 크기 이상인 경우, 제어부(400)의 정격 전압에 해당하는 전압이 안정적으로 제1 입출력 핀(i1)에 인가될 수 있다. 예를 들어, 제2 노드(N2)에 -18v가 인가되고, 저항(500)의 저항값이 2kΩ이고, 내부 저항(410)의 저항값이 1kΩ인 경우, 제1 입출력 핀(i1)에는 -6v가 인가될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치는, 스위치가 닫힌 상태에서 개방된 상태로 전환되는 경우 발생하는 역기전력에 의한 전류를 빠르게 방출하고, 제어부에 인가되는 전압이 정격 전압 내로 인가될 수 있도록 함으로써, 제어부 내에 구비된 IC 칩 등의 소자가 손상되지 않도록 할 수 있다.

또한, 제어부의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록 매체는, ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 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.

한편, 본 명세서에서 '제어부' 등과 같이 '부'라는 용어가 사용되었으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.

1: 스위치 제어 회로
10: 스위치
100: 환류 다이오드
200: 제너 다이오드
300: FET
400: 제어부
410: 내부 저항
500: 저항
600: 역전압 방지 다이오드
B: 셀 어셈블리
L: 차량 부하

Claims

전압 입력 소스로부터 전원을 공급 받는 스위치의 개폐를 제어하는 장치에 있어서,
상기 스위치와 전기적으로 병렬 연결되어 상기 스위치의 양극 단자 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 구성된 환류 다이오드;
상기 환류 다이오드와 전기적으로 직렬 연결되어 상기 스위치의 음극 단자를 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성된 제너 다이오드;
상기 전압 입력 소스의 입력 단자와 상기 스위치의 양극 단자 사이에 구비되어, 상기 입력 단자로부터 입력 전압을 수신하고, 상기 스위치의 양극 단자로 상기 입력 전압을 전달할 수 있도록 구성된 FET;
상기 FET와 전기적으로 연결되어 상기 FET로 상기 스위치의 개폐 동작을 제어하는 신호를 전달하도록 구성된 제어부;
일단이 상기 전압 입력 소스의 입력 단자로부터 스위치로 공급되는 경로에 연결되고, 타단이 제어부와 연결되며, 상기 제어부에 인가되는 전압을 분배하도록 구성된 저항; 및
일단이 상기 제어부와 상기 저항의 타단 사이에 연결되고, 타단이 접지에 연결되며, 상기 저항을 향하는 방향으로 전류가 흐르도록 구성된 역전압 방지 다이오드를 포함하고,
상기 스위치에서 발생되어 상기 저항의 일단에서 타단을 향하는 방향으로 흐르는 전류는, 상기 저항을 통과한 후에 상기 역전압 방지 다이오드에 의해 상기 제어부로 모두 유입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 저항은, 상기 FET의 드레인 단자 및 상기 스위치의 양극 단자 사이의 노드와 상기 제어부의 입출력 핀 사이에 양단이 전기적으로 직접 연결되도록 구성된 것을 스위치 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 저항은, 상기 제어부의 입출력 핀에 인가되는 전압이 상기 제어부의 정격 전압 내로 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 저항은, 저항값의 크기가 상기 제어부의 내부 저항값의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제너 다이오드는, 상기 스위치의 음극 단자와 상기 환류 다이오드 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 FET는, 상기 FET의 소스 단자와 상기 입력 단자가 전기적으로 직접 연결되고, 상기 FET의 드레인 단자와 상기 스위치의 양극 단자가 전기적으로 직접 연결되고, 상기 FET의 게이트 단자와 상기 제어부가 전기적으로 직접 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 적어도 2개 이상의 입출력 핀을 구비하고,
상기 입출력 핀은, 상기 FET 및 상기 저항에 각각 전기적으로 직접 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
삭제
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 BMS.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 배터리 팩.