WO2020036427A1 - 스위치 제어 장치 - Google Patents

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WO2020036427A1
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이준혁
이석준
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LG Chem Ltd
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a switch control device, and more particularly, to a switch control device that can effectively control the switch in the process of controlling the switch provided in the battery pack.
  • a battery module made of one module by connecting a plurality of secondary batteries, a BMS that controls charge and discharge of the battery module and monitors the state of each secondary battery, a battery pack made of a battery module and a BMS as a pack, and a battery module Research on various components and devices such as contactors connecting the load to a load such as a motor is being conducted.
  • the contactor is a switch that connects the battery module and the load and controls the supply of power.
  • the operating voltage of a widely used lithium ion secondary battery is about 3.7V to 4.2V.
  • a plurality of secondary batteries are connected in series to form a battery module.
  • the motor driving the vehicle requires a battery voltage of about 240V to 280V.
  • the contactor connecting the battery module and the motor is a component through which high-voltage, high-output electrical energy passes at all times. It is important to monitor faults and to effectively control ON / OFF.
  • the present invention has been made under the background of the prior art, and relates to an improved switch control device that can effectively control the switch in the process of controlling the switch provided in the battery pack.
  • a switch control apparatus for achieving the above object, as a device for controlling the opening and closing of a switch supplied with power from a voltage input source, is electrically connected in parallel with the switch and the anode of the switch
  • a reflux diode configured to allow current to flow in the terminal direction
  • a zener diode configured to be electrically connected in series with the reflux diode
  • a FET provided between an input terminal of the voltage input source and a positive terminal of the switch, the FET configured to receive an input voltage from the input terminal and to transfer the input voltage to the positive terminal of the switch
  • a controller electrically connected to the FET and configured to transmit a signal to the FET to control an opening and closing operation of the switch
  • a resistor provided on the connection path between a control unit and a path supplied with the input voltage from the input terminal of the voltage input source to the switch, the resistor configured to distribute the voltage applied to the control unit.
  • the resistor may be configured such that both ends are electrically connected directly between a node between the drain terminal of the FET and the positive terminal of the switch and an input / output pin of the controller.
  • the resistance may be set such that the magnitude of the resistance value is applied to the input / output pin of the controller within the rated voltage range of the controller.
  • the resistance may be greater than or equal to the internal resistance of the controller.
  • the zener diode may be configured to be in a forward direction opposite to the forward direction of the freewheeling diode.
  • the FET includes a source terminal of the FET and an input terminal electrically connected directly, a drain terminal of the FET and an anode terminal of the switch are electrically connected directly, and a gate terminal of the FET and the controller are electrically connected directly. It may be configured to be connected.
  • the controller may include at least two input / output pins, and the input / output pins may be configured to be electrically connected to the FET and the resistor, respectively.
  • the switch control device may further include a reverse voltage prevention diode connected in parallel between the control unit and the resistor and configured to have a forward direction of the resistor.
  • the BMS according to another embodiment of the present invention may include a switch control device according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack according to another embodiment of the present invention may include a switch control device according to an embodiment of the present invention.
  • the switch when the switch is switched from the closed state to the open state, the current generated by the generated back electromotive force is quickly released, there is an advantage that the switch can be quickly switched ON / OFF.
  • the voltage applied to the control unit is within the rated voltage range, the stability of the switch control circuit can be enhanced.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a switch control circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a switch provided in a battery pack.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a switch control circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a switch.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack including a switch control circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a switch control circuit according to another embodiment of the present invention is connected to a switch.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a resistor connected between a controller and a switch according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • control unit' described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • the secondary battery means one independent cell having a negative electrode terminal and a positive electrode terminal and physically separable.
  • one pouch type lithium polymer cell may be regarded as a secondary battery.
  • the switch control device may be a device for controlling opening and closing of a switch supplied with power from a voltage input source.
  • the switch control device may be provided in the battery pack.
  • the switch control device may be provided in a battery pack mounted in a vehicle.
  • the voltage input source can be a voltage source that delivers an operating voltage that controls the operation of the switch.
  • the voltage input source is a 12V lead acid battery
  • the switch can be a contactor or a relay.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a switch control circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a switch provided in a battery pack.
  • 2 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a switch control circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a switch.
  • a switch control device may be included in the switch control circuit 1.
  • Switch control circuit 1 according to an embodiment of the present invention, as shown in the configuration of Figure 1, between the positive terminal of the cell assembly (B) including at least one secondary battery and the positive terminal of the battery pack It may be a circuit for controlling the provided switch 10.
  • the positive terminal and the negative terminal of the battery pack may be connected to the load (L).
  • both ends of the battery pack may be connected to a vehicle load.
  • the reflux diode 100, Zener diode 200, FET 300, the control unit 400 and the resistor 500 It may include.
  • the flyback diode 100 may be electrically connected in parallel with the switch 10.
  • the flyback diode 100 includes a first node N1 and a ground G provided between a connection path between the input terminal Vi and the switch 10. It may be provided between.
  • the flyback diode 100 may be electrically connected in parallel with the switch 10 having both ends connected to the first node N1 and the ground G.
  • the flyback diode 100 may be configured to allow a current to flow in the direction of the positive terminal of the switch 10.
  • the flyback diode 100 includes a diode configured to allow current to flow in the direction of the first node N1 with the direction of the first node N1 in the forward direction. Diode).
  • the flyback diode 100 may be configured to allow a current to flow in the direction of the positive terminal of the switch 10 through the first node N1.
  • the freewheeling diode 100 has an inductor component of the switch 10 through a closed loop connecting the freewheeling diode 100 and the switch 10.
  • the zener diode 200 may be electrically connected to the reflux diode 100 in series.
  • the zener diode 200 may be provided between the first node N1 and the ground G to be electrically connected to the reflux diode 100.
  • the zener diode 200 may be configured to have a forward direction toward the ground (G).
  • the zener diode 200 may be configured to reverse the direction of the first node N1 and to reverse the direction of the ground G.
  • the Zener diode 200 may allow a predetermined threshold voltage to be applied to the first node N1.
  • the counter electromotive force may be generated by the electromagnet provided in the switch 10.
  • the ground G connected to the zener diode 200 may be higher than the first node N1.
  • -18v relative to the ground G may be applied to the first node N1.
  • the FET 300 may be provided between the input terminal Vi of the voltage input source and the positive terminal of the switch 10.
  • the FET 300 may be provided on a path connecting the input terminal Vi and the positive terminal of the switch 10.
  • the source terminal S of the FET 300 is electrically connected directly to the input terminal Vi
  • the drain terminal D of the FET 300 is electrically connected to the switch 10. Can be directly connected.
  • the FET 300 may receive an input voltage from the input terminal Vi.
  • the FET 300 may receive an input voltage from an input terminal Vi of a voltage input source to a source terminal S of the FET 300.
  • the voltage input source may be a voltage source provided in a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the voltage input source may be a 12V lead acid battery provided in the BMS.
  • the FET 300 may be configured to transfer the input voltage input from the input terminal Vi of the voltage input source to the positive terminal of the switch 10.
  • the source terminal S of the FET 300 and the drain terminal D of the FET 300 according to a signal applied to the gate terminal G of the FET 300. It can be configured to be electrically connected between). Therefore, the FET 300 may transfer an input voltage from the source terminal S to the positive terminal of the switch 10.
  • the FET 300 may be a p-channel MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) having a parasitic diode, as shown in the configuration of FIG. 2.
  • the controller 400 may be electrically connected to the FET 300.
  • the controller 400 may be electrically connected directly to the gate terminal G of the FET 300.
  • the controller 400 may be configured to transmit a signal for controlling the opening and closing operation of the switch 10 to the FET 300. That is, in the configuration of FIG. 2, the controller 400 may transmit an electrical signal to the gate terminal G of the FET 300. In addition, the controller 400 may transmit a signal for controlling the opening and closing operation of the switch 10 to the gate terminal G of the FET 300.
  • the controller 400 may apply a voltage of 0v to the gate terminal G of the FET 300 such that the FET 300 is in a closed state.
  • the controller 400 may apply a voltage of 5v to the gate terminal G of the FET 300 such that the FET 300 is in an open state.
  • 5v may be a threshold voltage of the FET 300.
  • the controller 400 applies 0v to the gate terminal G of the FET 300.
  • FET 300 may be closed.
  • the source terminal S of the FET 300 and the drain terminal D of the FET 300 may be electrically connected to transfer an input voltage from the voltage input source to the positive terminal of the switch 10.
  • the switch 10 may then be switched to the closed state by receiving the input voltage.
  • the control unit 400 applies 5v to the gate terminal G of the FET 300 so that the FET ( 300) can be opened.
  • the source terminal S of the FET 300 and the drain terminal D of the FET 300 may be electrically opened so that the input voltage may not be transferred from the voltage input source to the positive terminal of the switch 10. The switch 10 may then be switched to the open state.
  • the resistor 500 may be provided on a connection path between the control unit 400 and the path supplied from the input terminal Vi of the voltage input source to the switch 10.
  • the resistor 500 may be provided on a connection path connecting the second node N2 and the controller 400.
  • the second node N2 may be provided on a path connecting the input terminal Vi and the positive terminal of the switch 10.
  • the second node N2 may be provided between the drain terminal D of the FET 300 and the first node N1.
  • the resistor 500 may be configured to distribute the voltage applied to the controller 400. For example, as shown in the configuration of FIG. 2, a portion of the voltage applied between the second node N2 and the controller 400 may be dividedly applied to the resistor 500. Through such a configuration, the resistor 500 according to the exemplary embodiment of the present invention may prevent all of the voltages applied to the second node N2 from being applied to the controller 400.
  • the controller 400 may include at least two input / output pins i1 and i2.
  • the input / output pins i1 and i2 may be configured to be electrically connected to the FET 300 and the resistor 500, respectively.
  • the first input / output pin i1 may be an input / output pin connecting the second node N2 and the controller 400.
  • the first input / output pin i1 may be an input / output pin that directly connects the resistor 500 and the controller 400 directly.
  • the second input / output pin i2 may be an input / output pin that directly connects the gate terminal G of the FET 300 and the controller 400.
  • the controller 400 may measure the potential of the drain terminal D of the FET 300 through the second input / output pin i2 to diagnose whether the FET 300 is disconnected or short-circuited.
  • the resistor 500 may include a node between a drain terminal D of the FET 300 and a positive terminal of the switch 10 and an input / output pin of the controller 400. Both ends may be configured to be electrically connected directly.
  • the resistor 500 may be configured such that both ends thereof are electrically connected directly between the second node N2 and the first input / output pin i1 of the controller 400. Can be.
  • the zener diode 200 may be connected in series with the reflux diode 100.
  • the zener diode 200 may be electrically connected directly between the ground G and the flyback diode 100.
  • the source terminal S and the input terminal Vi of the FET 300 are electrically directly connected. Can be connected.
  • the drain terminal D of the FET 300 and the positive terminal of the switch 10 may be electrically connected directly.
  • the FET 300 may be electrically connected to the gate terminal G of the FET 300 and the controller 400 directly.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack including a switch control circuit according to an embodiment of the present invention.
  • the switch 10 illustrated in FIGS. 1 and 2 may be provided with an iron piece 11 and an electromagnet 12.
  • the input terminal Vi may be a terminal through which a current is output from the voltage input source DC.
  • the voltage input source DC may be a 12V lead acid battery.
  • the cell terminal B and the positive terminal of the battery pack may be connected to the iron piece 11 provided in the switch 10, and the switch control circuit 1 may be connected to the electromagnet 12 provided in the switch 10.
  • the other end of the electromagnet 12 may be connected to the ground (G) connected to the other end of the voltage input source (DC).
  • the electromagnet 12 may include an iron core and a coil.
  • the coil may be wound around the iron core.
  • the source terminal S and the drain terminal D are turned on, and the current output from the input terminal Vi of the voltage input source DC is electromagnet. (12) may flow.
  • a magnetic field is formed in the electromagnet 12, and the iron plate 11 is moved by the formed magnetic field, so that the switch 10 may be controlled to be turned on. That is, when a 0V voltage is applied to the gate terminal G of the FET 300, the positive terminal of the cell assembly 10 and the positive terminal of the battery pack may be conductive.
  • the connection between the source terminal S and the drain terminal D may be broken.
  • a voltage equal to or greater than an operating voltage is applied to the gate terminal G of the FET 300
  • the connection between the source terminal S and the drain terminal D may be broken.
  • back electromotive force may be generated by the electromagnet 12.
  • the ground G connected to the electromagnet 12 and the zener diode 200 becomes a higher potential than the potential of the electromagnet 12 connected to the first node N1, the current due to the counter electromotive force is grounded ( G) can flow.
  • the electromagnet 12, the ground (G), the zener diode 200 and the reflux diode 100 forms a closed loop
  • the current by the back electromotive force can be quickly consumed while flowing through the formed closed loop.
  • -18 V relative to the ground G may be applied to the first node N1 while the current by the counter electromotive force flows through the closed loop.
  • the resistor 500 may consume some of the current flowing to the controller 400 such that the voltage applied to the input / output pin of the controller 400 falls within the rated voltage range of the controller 400.
  • the switch control device can quickly release and consume the current due to the counter electromotive force generated based on the change in the operating state of the switch 10.
  • the switch control device may maintain the voltage applied to the control unit within the rated voltage.
  • the stability of the switch control circuit can be further enhanced.
  • the controller 400 may control the controller 400, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, a register, a communication modem, and / or data known in the art to perform the above-described operation. It may be implemented in a form that optionally includes a processing device, a memory device, and the like.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the memory device is not particularly limited as long as it is a storage medium capable of recording and erasing information.
  • the memory device may be a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium or a magnetic recording medium.
  • the memory devices may also be electrically connected to the controller 400 via, for example, a data bus so as to be accessible by the controller 400, respectively.
  • the memory device may also store and / or update and / or erase and / or transmit a program including various control logics performed by the controller 400, and / or data generated when the control logic is executed.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration in which a switch control circuit according to another embodiment of the present invention is connected to a switch.
  • a switch control circuit according to another embodiment of the present invention is connected to a switch.
  • a detailed description of parts to which the description of the above embodiments may be similarly applied will be omitted, and description will be given focusing on differences.
  • control unit 400 and the resistor 500 may be provided at a node provided between the control unit 400 and the resistor 500, as shown in FIG. 4. It can be electrically connected directly.
  • the switch control device may further include a reverse voltage prevention diode 600, as shown in the configuration of FIG.
  • the reverse voltage prevention diode 600 may be connected to a node provided between the controller 400 and the resistor 500.
  • the reverse voltage prevention diode 600 may be configured to have a forward direction toward the resistor 500.
  • the reverse voltage prevention diode 600 may be electrically connected directly between a node provided between the controller 400 and the resistor 500 and the ground G. FIG. .
  • the reverse voltage prevention diode 600 may be configured to have a forward direction toward a node provided between the controller 400 and the resistor 500.
  • the switch control device according to the present invention can be applied to a BMS. That is, the BMS according to the present invention may include the switch control device according to the present invention described above. In such a configuration, at least some of the components of the switch control apparatus according to the present invention may be implemented by supplementing or adding a function of the configuration included in the conventional BMS.
  • the controller 400 and the memory device of the switch control apparatus according to the present invention may be implemented as a component of a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the switch control device according to the present invention may be provided in a battery pack. That is, the battery pack according to the present invention may include the switch control device according to the present invention described above.
  • the battery pack may include one or more secondary batteries, the switch control device, electrical equipment (with BMS, relay, fuse, etc.), a case, and the like.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a resistor connected between a controller and a switch according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the resistor 500 may be provided between the second node N2 and the first input / output pin i1 of the controller 400.
  • the controller 400 may include an internal resistor 410, as shown in the configuration of FIG. 5.
  • the internal resistor 410 may be provided between the first input / output pin i1 and the internal terminal i1 ′.
  • the internal resistance 410 may be an equivalent resistance 500 of the controller 400.
  • the resistor 500 may be configured such that the voltage applied to the input / output pin of the controller 400 is applied within the rated voltage of the controller 400.
  • the voltage applied between the internal terminal i1 ′ and the second node N2 is 18v
  • the internal resistance 410 and the resistance 500 are 1 k ⁇ .
  • 18v may be distributed to the internal resistor 410 and the resistor 500
  • 9v may be applied to each of the internal resistor 410 and the resistor 500.
  • -9v may be applied to the first input / output pin i1.
  • the resistor 500 divides the voltage applied to the second node N2 so that the voltage applied to the input / output pin of the controller 400 is controlled by the controller 400. It can be applied within the rated voltage of).
  • the resistance 500 may have a resistance value greater than or equal to the resistance value of the internal resistance of the controller 400. Even when the resistance value of the resistor 500 is greater than or equal to the resistance value of the internal resistor 410, a voltage corresponding to the rated voltage of the controller 400 may be stably applied to the first input / output pin i1. .
  • the resistance value of the resistor 500 is 2 k ⁇
  • the resistance value of the internal resistor 410 is 1 k ⁇
  • the first input / output pin i1 may be-. 6v may be applied.
  • the switch control device quickly discharges the current by the back electromotive force generated when the switch is switched from the closed state to the open state, the voltage applied to the controller is rated voltage By allowing it to be applied inwards, it is possible to prevent an element such as an IC chip provided in the controller from being damaged.
  • control logics of the control unit may be combined with at least one, and the combined control logics may be written in a computer readable code system so that the computer readable access is not limited in kind.
  • the recording medium includes at least one selected from the group consisting of a ROM, a RAM, a register, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, and an optical data recording device.
  • the code system may be distributed and stored and executed in a networked computer.
  • functional programs, code, and segments for implementing the combined control logics can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention pertains.
  • 'unit' such as 'control unit' is used in this specification, but it refers to a logical unit, it does not necessarily indicate a component that can be physically separated or physically separated to those skilled in the art Self-explanatory

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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 구비된 스위치를 제어하는 과정에서 효과적으로 스위치를 제어할 수 있는 스위치 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 스위치가 닫힌 상태에서 개방된 상태로 전환되는 경우 발생되는 역기전력에 의한 전류가 빠르게 방출됨으로써, 스위치의 ON/OFF가 빠르게 전환될 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명이 일 측면에 의하면, 제어부에 인가되는 전압이 정격 전압 범위 내에 속하게 되어, 스위치 제어 회로의 안정성이 강화될 수 있다.

Description

스위치 제어 장치
본 출원은 2018년 08월 13일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제 10-2018-0094441호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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 연결되도록 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 입력 전압이 상기 전압 입력 소스의 입력 단자로부터 스위치로 공급되는 경로와 제어부 사이의 연결 경로 상에 구비되어 상기 제어부에 인가되는 전압을 분배하도록 구성된 저항을 포함한다.
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.
상기 저항은, 저항값의 크기가 상기 제어부의 입출력 핀에 인가되는 전압이 상기 제어부의 정격 전압 범위에 속하도록 설정될 수 있다.
상기 저항은, 상기 저항값의 크기가 상기 제어부의 내부 저항값의 크기 이상일 수 있다.
상기 제너 다이오드는, 상기 환류 다이오드의 정방향에 반대 방향을 정방향으로 하도록 구성될 수 있다.
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.
상기 제어부는, 적어도 2개 이상의 입출력 핀을 구비하고, 상기 입출력 핀은, 상기 FET 및 상기 저항에 각각 전기적으로 직접 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 제어 장치는 상기 제어부 및 상기 저항 사이에 병렬 연결되고, 상기 저항을 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성된 역전압 방지 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BMS는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 스위치가 닫힌 상태에서 개방된 상태로 전환되는 경우, 발생되는 역기전력에 의한 전류가 빠르게 방출됨으로써, 스위치의 ON/OFF가 빠르게 전환될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명이 일 측면에 의하면, 제어부에 인가되는 전압이 정격 전압 범위 내에 속하여, 스위치 제어 회로의 안정성이 강화될 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 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 구비된 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 스위치와 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 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, 전압 입력 소스는 12V 납 축전지이고, 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 도면이다. 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. 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자는 부하(L)와 연결될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 차량에 구비되는 경우, 배터리 팩의 양단은 차량 부하와 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, 접지(G)를 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, 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, 스위치(10)가 닫힌 상태에서 개방된 상태로 전환되는 경우, 스위치(10)에 구비된 전자석에 의해 역기전력이 발생할 수 있다. 이 경우, 순간적으로 제너 다이오드(200)에 연결된 접지(G)가 제1 노드(N1)보다 고전위로 될 수 있다. 예컨대, 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 할 수 있다. 따라서, 스위치(10)의 역기전력에 의하여 발생되는 전류가 빠르게 방출될 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. 바람직하게, 전압 입력 소스는 BMS에 구비된 12V 납 축전지일 수 있다.
또한, FET(300)는, 전압 입력 소스의 입력 단자(Vi)로부터 입력된 입력 전압을 스위치(10)의 양극 단자로 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 구성될 수 있다. 따라서, FET(300)는 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. 즉, 도 2의 구성에서, 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. 제어부(400)는 제2 입출력 핀(i2)을 통해서 FET(300)의 드레인 단자(D) 측 전위를 측정하여, FET(300)의 단선 또는 단락 여부를 진단할 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, 환류 다이오드(100)에 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드(200)는, 접지(G)와 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.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로가 구비된 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 스위치(10)에는 철편(11) 및 전자석(12)이 구비될 수 있다. 또한, 입력 단자(Vi)는 전압 입력 소스(DC)로부터 전류가 출력되는 단자일 수 있다. 예컨대, 전압 입력 소스(DC)는 12V 납 축전지일 수 있다.
셀 어셈블리(B) 및 배터리 팩의 양극 단자는 스위치(10)에 구비된 철편(11)에 연결되고, 스위치 제어 회로(1)는 스위치(10)에 구비된 전자석(12)에 연결될 수 있다. 또한, 전자석(12)의 타단은 전압 입력 소스(DC)의 타단에 연결된 접지(G)에 연결될 수 있다. 여기서, 전자석(12)은 철심 및 코일을 포함할 수 있다. 바람직하게, 철심에 코일이 권취되어 있을 수 있다.
FET(300)의 게이트 단자(G)에 0V 전압이 인가되면, 소스 단자(S)와 드레인 단자(D)는 도통되고, 전압 입력 소스(DC)의 입력 단자(Vi)로부터 출력된 전류가 전자석(12)에 흐를 수 있다. 이 경우, 전자석(12)에는 자기장이 형성되고, 형성된 자기장에 의해 철판(11)이 움직이게 되어, 스위치(10)가 턴-온 상태로 제어될 수 있다. 즉, FET(300)의 게이트 단자(G)에 0V 전압이 인가되면, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자가 도통될 수 있다.
FET(300)의 게이트 단자(G)에 동작 전압 이상의 전압이 인가되면, 소스 단자(S)와 드레인 단자(D)의 연결이 끊어질 수 있다. 예컨대, 게이트 단자(G)에 5V 이상의 전압이 인가되면, 소스 단자(S)와 드레인 단자(D)의 연결이 끊어질 수 있다. 이 경우, 전자석(12)에 의해 역기전력이 발생할 수 있다. 이 경우, 전자석(12) 및 제너 다이오드(200)에 연결된 접지(G)가 순간적으로 제1 노드(N1)에 연결된 전자석(12) 측 전위보다 고전위가 되기 때문에, 역기전력에 의한 전류가 접지(G)로 흐를 수 있다. 즉, 전자석(12), 접지(G), 제너 다이오드(200) 및 환류 다이오드(100)가 폐루프를 형성하고, 역기전력에 의한 전류가 상기 형성된 폐루프를 흐르면서 빠르게 소모될 수 있다. 또한, 예컨대, 역기전력에 의한 전류가 폐루프를 흐르면서 제1 노드(N1)에는 접지(G) 대비 -18V가 인가될 수 있다. 저항(500)은 제어부(400)의 입출력 핀에 인가되는 전압이 제어부(400)의 정격 전압 범위에 속하도록, 제어부(400)로 흐르는 전류 중 일부를 소모시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어 장치는 스위치(10)의 동작 상태 변화에 기반하여 발생된 역기전력에 의한 전류를 빠르게 방출 및 소모시킬 수 있다. 또한, 스위치 제어 장치는 제어부에 인가되는 전압을 정격 전압 이내로 유지시킬 수 있다. 따라서, 스위치 제어 회로의 안정성이 보다 강화될 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 4는, 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 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400) 및 저항(500)은, 도 4의 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 4의 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 노드에 연결될 수 있다.
바람직하게, 역전압 방지 다이오드(600)는 저항(500)을 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 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, 도 4의 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 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부와 스위치 사이에 연결된 저항을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 5를 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 5의 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 5의 구성에 도시된 바와 같이, 내부 단자(i1')와 제2 노드(N2) 사이에 인가되는 전압이 18v이고, 내부 저항(410)과 저항(500)이 1kΩ으로 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. 저항(500)의 저항값의 크기가 내부 저항(410)의 저항값의 크기 이상인 경우에도, 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.
(부호의 설명)
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: 부하
DC: 전압 입력 소스

Claims (10)

  1. 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 연결되도록 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 입력 전압이 상기 전압 입력 소스의 입력 단자로부터 스위치로 공급되는 경로와 제어부 사이의 연결 경로 상에 구비되어 상기 제어부에 인가되는 전압을 분배하도록 구성된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  2. 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.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저항은,
    저항값의 크기가 상기 제어부의 입출력 핀에 인가되는 전압이 상기 제어부의 정격 전압 범위에 속하도록 설정된 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저항은,
    상기 저항값의 크기가 상기 제어부의 내부 저항값의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제너 다이오드는,
    상기 환류 다이오드의 정방향에 반대 방향을 정방향으로 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부 및 상기 저항 사이에 병렬 연결되고, 상기 저항을 향하는 방향을 정방향으로 하도록 구성된 역전압 방지 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 BMS.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 배터리 팩.
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