KR100863956B1

KR100863956B1 - 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR100863956B1
Application number: KR1020060093590A
Authority: KR
Inventors: 태용준; 최수석; 이영조; 윤한석; 서세욱; 임계종; 김범규; 박호영
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-10-16
Also published as: KR20080028160A; US7768235B2; US20080074082A1

Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 배터리 관리 시스템은 동력 장치, 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되어 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리 및 동력 장치와 배터리를 연결하는 메인 스위치를 포함하는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 배터리를 관리한다. 배터리 관리 시스템은 센싱부 및 MCU를 포함한다. 센싱부는 배터리 전류, 전압 및 온도를 측정한다. MCUDPP2006는 배터리 전류를 적산하여 전류 적산값을 생성하고, 전류 적산값을 이용하여 상기 배터리의 과충전 및 과방전을 판단한다.

SOC, OCV, 배터리 전류, 배터리 전압, 전류 적산값, 임계 전압 범위

Description

배터리 관리 시스템 및 그 구동방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리, BMS 및 BMS의 주변 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 MCU를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 배터리 관리 시스템의 구동방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템의 과충전 및 과방전 검출 기법에 관한 것이다.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울 이고 있다.

전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.

한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 모터를 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 필요하다.

그러나 종래 과충전 및 과방전 검출 기법은 주로 배터리 전압과 임계 전압 범위를 비교하여 판단하였기 때문에, 배터리 전압 검출 회로에 이상이 발생 했을 때 지속적인 과충전 및 과방전이 생길 수 있는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배터리 전압 검출 회로에 고장이 발생 할 수 있는 배터리의 상태를 고려하여 보다 정확하게 과충전 및 과방전을 검출하는 배터리의 관리 시스템 및 그 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 동력 장치, 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되어 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리 및 상기 동력 장치와 상기 배터리를 연결하는 메인 스위치를 포함하는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리 전류, 전압 및 온도를 측정하는 센싱부, 및 상기 배터리 전류를 적산하여 전류 적산값을 생성하고, 상기 전류 적산값을 이용하여 상기 배터리의 과충전 및 과방전을 판단 하는 MCU를 포함한다. 또한 상기 터리 전압을 임계 전압 범위와 비교한 결과를 이용하여 상기 배터리의 과충전 및 과방전을 판단하는 보호회로부를 더 포함한다. 상기 MCU는 초기 SOC를 산출하여, 상기 초기 SOC에 대응하는 전류 적산값을 산출하는 초기SOC산출부, 상기 초기 SOC값에 대응하는 전류 적산값에 상기 배터리 전류를 누적하는 전류 적산방법에 의해 현재 전류 적산값을 추정하는 전류 적산부 및 상기　전류 적산부로부터 전류 적산값을 전달 받아 과충전 및 과방전을　판단하는　제어부를 포함한다. 그리고 상기 초기SOC산출부는 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간보다 짧으면, 직전 키 오프 시 SOC를 초기 SOC로 산출하고, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간 이상이면, OCV및 온도에 대응하는 SOC에 관한 데이터 테이블에서 SOC를 검출하여 초기 SOC로 산출하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 배터리의 OCV및 온도에 대응하는 SOC에 관한 데이터 테이블을 저장하는 데이터 저장부를 더 포함한다. 그리고 상기 전류 적산부는 상기 초기 SOC에 대응하는 초기 전류 적산값에 상기 배터리 전류를 시간에 대해 적산 하여 현재 전류 적산값을 산출하는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 제어부는 상기　전류　적산값이 0[Ah]미만이면 과방전, 전류적산값이 상기 기준 배터리 정격 용량[Ah]을 초과하면 과충전으로 판단하여, 상기 과방전 및 과충전 시 상기 메인스위치를 턴 오프 시켜, 상기 배터리와 동력장치와의 연결을 컷 오프 한다. 또한 상기 임계 전압 범위는 만 충전 시 배터리 전압인 제 1 전압 이상 및 만 방전 시 배터리 전압인 제 2전압 이하의 범위이고, 상기 보호회로부는, 상기 배터리 전압이 상기 임계 전압 범위에 속하면, 과충전 및 과방전 시 상기 메인스위치가 턴 오프 되고, 상기 배터리와 동력장치와의 연결을 컷 오프 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 동력 장치, 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되어 적어도 하나의 팩을 포함하는 배터리 및 상기 동력 장치와 상기 배터리를 연결하는 메인 스위치를 포함하는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,

ａ) 초기　ＳＯＣ를　산출하고, 상기 초기 SOC에 대응하는 전류 적산값을 초기 전류 적산값으로 설정하는 단계,

b) 상기 초기 전류 적산값에 상기 배터리 전류를 적산하여, 현재 전류 적산값을 생성하는 단계,

c) 상기　전류　적산값을　이용하여 과충전 및 과방전을 판단하는 단계, 및

d) 배터리 전압을 검출하고, 상기 배터리 전압을 임계 전압 범위와 비교하여 과충전 및 과방전을 판단하는 단계

를 포함한다. 상기 a)단계는, 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간보다 짧으면, 직전 키 오프 시 SOC를 초기 SOC로 산출하고, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간 이상이면, OCV및 온도에 대응하는 SOC에 관한 데이터 테이블에서 SOC를 검출하고 초기 SOC로 산출하는 단계를 포함한다. 그리고 상기 b)단계는, 상기 초기 전류 적산값에 상기 배터리 전류를 시간에 대해 적산한 결과를 누적하여, 상기 현재 전류 적산값을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 c)단계는, 상기 전류 적산값이 0[Ah]미만이면 과방전으로 판단하고, 상기 전류 적산값이 상기 기준 배터리 정격 용량[Ah]을 초과하면 과충전으로 판단하는 단계를 포함한다. 그리고 상기 d)단계는 상기 임계 전압 범위는 상기 배터리 만충전에 대응하는 제1 전압 초과 및 상기 배터리 만방전에 대응하는 제2 전압 미만인 범위이며, 상기 배터리 전압이 상기 제1전압 초과이면 과충전으로 판단하고, 상기 제2 전압 미만이며 과방전으로 판단하는 단계를 포함한다. 그리고 상기 c)단계 또는 d)단계에 있어서, 과충전 및 과방전으로 판단되면 상기 메인스위치를 턴 오프 시키고, 상기 메인스위치가 턴 오프 되면 상기 배터리와 자동차 동력장치의 연결을 컷 오프 하는 단계를 더 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결“되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를”포함“한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차 시스템의 구성을 간략히 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 시스템은, BMS(1), 배터리(2), 전류센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈(5), 메인 스위치(6), MTCU(Motor Control Unit, 7), 인버터(8) 및 모터제너레이터(9)를 포함한다.

먼저, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 서브팩(2a ~ 2h), 출력단자(2_OUT1), 출력단자(2_OUT2) 및 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 안전스위치(2_SW)를 포함한다. 여기서 서브팩(2a ~ 2h)은 예시적으로 8개로 표시되고 서브팩은 복수의 전지 셀을 하나의 그룹으로 표시한 것에 불과한 것이고, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 안전 스위치(2_SW)는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 마련되는 스위치로서 배터리를 교체하거나 배터리에 대한 작업을 수행할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온 오프할 수 있는 스위치이다. 본 발 명에 따른 실시예에서는 서브팩(2d)과 서브팩(2e) 사이에 안전 스위치(2_SW)가 마련되나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 출력단자(2_OUT1) 및 출력단자(2_OUT2)는 인버터(8)와 연결된다.

전류센서(3)는 배터리(2)의 출력전류 량을 측정하여 BMS(1)의 센싱부(10)로 출력한다. 구체적으로 전류센서(3)는 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 아날로그 전류 신호로 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)이거나 배터리와 부하 사이 라인에 위치한 Shunt저항을 통해 전류를 수식에 의해 변환한 전압신호이다.

냉각팬(4)은 BMS(1)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)의 충방전에 의해 발생할 수 있는 열을 냉각하여 온도 상승으로 인한 배터리(2)의 열화 및 충방전 효율의 저하를 방지한다.

퓨즈(5)는 배터리(2)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 방지한다. 즉 과전류가 발생하면 퓨즈(5)는 단선되어 과전류가 배터리(2)에 전달되는 것을 차단한다.

메인 스위치(6)는 과충전, 과방전, 고온 등 이상 현상이 발생하면 BMS(1), 자동차의 MTCU(Motor Control Unit)(7)의 제어신호에 기초하여 턴 오프되고, 배터리(2)와 모터제너레이터(9)와의 연결을 차단한다. 이하, 배터리(2)와 모터제너레이터(9)와의 연결을 차단 하는 것을 컷 오프(cut off)라 한다.

BMS(1)는 센싱부(10), MCU(Micro Controller Unit, 20), 내부전원 공급부(30), 셀밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋 부(80) 및 외부인터페이스(90)를 포함한다.

센싱부(10)는 배터리 전류, 배터리 전압 및 온도를 측정하여 MCU(20)에 전달한다.

이하 배터리의 충방전 전류를 간략히 배터리 전류라 한다. 그리고 배터리의 출력단자의 전압은 배터리 전압이라 한다. 또한 배터리는 복수의 셀을 포함 하고 있고, 각 셀 온도를 측정하여 평균값을 산출하고 그 값을 배터리 온도라 한다.

MCU(20)는 센싱부(10)로부터 전달받은 배터리 전류, 배터리 전압, 및 배터리 온도에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC)를 추정하여 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 생성한다. 그리고 MCU(20)는 배터리(2)의 상태를 알려주는 정보를 자동차의 MTCU(Motor Control Unit)(7)에 전달 한다. 또한 MCU(20)는 과충전 및 과방전을 판단하여, 판단 결과를 MTCU(7)에 전송한다. 그리고 MTCU(7)는 전송받은 판단결과에 따라 과충전 또는 과방전이면 메인 스위치(6)를 턴 오프시킨다. 그러면, 자동차 동력장치와 배터리(2)의 연결이 컷 오프(cut off) 된다. 이하, 배터리(2)와 하이브리드 자동차의 동력장치의 연결을 차단하는 것을 컷 오프(cut off)라 한다. 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력장치는 모터제너레이터(9)이다. 이때, MCU(20)는 과충전 및 과방전을 판단하기 위하여 전류 적산값을 이용한다. 내부전원 공급부(30)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(1)에 전원을 공급하는 장치이다. 셀밸런싱부(40)는 각 셀의 충전상태의 균형을 맞춘다. 즉, 충전상태가 비교적 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀은 충전시킬 수 있다. 저장부(50)는 BMS(1)의 전원이 오프될 때, 현재의 SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 통신부(60)는 자동차의 MTCU (7)와 통신을 수행한다.

보호회로부(70)는 배터리 전압을 측정하고, 임계전압 범위와 측정된 배터리 전압을 비교하여, 비교 결과에 따라 과충전 및 과방전을 판단한다. 보호회로부(70)는 과충전 및 과방전이 발생하면, 메인 스위치(6)를 턴 오프 시킨다. 그러면, 자동차 동력장치인 모터제너레이터(9)와 배터리(2)의 연결이 컷 오프 된다. 이때, 임계 전압 범위는 만 충전 시 배터리 전압 이상의 제1 전압 보다 큰 전압 범위와, 만 방전 시 배터리 전압 이하의 제2 전압보다 작은 전압 범위를 포함한다. 구체적으로 보호회로부(70)는 배터리 전압이 제1 전압보다 크면 과충전으로 판단하고, 제2 전압보다 작으면 과방전으로 판단한다.

파워온 리셋부(80)는 BMS(1)의 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다. 외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4), 메인 스위치(6) 등 BMS의 보조장치들을 MCU(20)에 연결하기 위한 장치이다.

MTCU(Motor Control Unit)(7)는 차량의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 차량 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉, MTCU(7)는 인버터(8)의 스위칭을 제어하여 모터 제너레이터(9)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한 MTCU(7)는 BMS(1)의 통신부(60)를 통하여 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOC를 전달받아 배터리(2)의 SOC가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다. 예를 들면 MCU(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 입력되도록 하여 배터리(2)를 충전시키고 이때 배터리 전류는 ‘+’값으로 설정한다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(8)의 스위치를 제어하여 전력이 모터제너레이터(9) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(2)를 방전시키고 이때 배터리 전류는 ‘-’값으로 설정한다.

인버터(8)는 MTCU(Motor Control Unit)(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 및 방전되도록 한다. 모터제너레이터(9)는 배터리(2)의 전기에너지를 이용하여 MTCU(Motor Control Unit)(7)로부터 전달되는 토크 정보에 기초하여 자동차를 구동한다.

이하, 배터리의 과충전 및 과방전을 판단하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법에 대해서도 도2 및 도3을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 MCU(20)를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 MCU(20)는 전류 적산부(210), 초기SOC산출부(220), 데이터 저장부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.

초기 SOC 산출부(220)는 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간에 따라 다른 방법으로 초기 SOC를 산출한다. 먼저, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간(rest time)보다 짧으면 직전 키 오프 시 SOC를 초기 SOC로 산출한다. 이 때, 휴지 기간이란 배터리 분극 현상이 해소 되어 배터리 전압이 안정화되는데 필요한 시간을 의미한다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 초기 SOC 산출부(220)는 키 온 시점으로부터 휴지 기간이 경과된 후 측정된 배터리 전압을 OCV(open circuit voltage)로 설정한다.

초기 SOC산출부(220)는 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간 이상이면, 센싱부(10)로부터 전달 받은 배터리 전압을 OCV로 설정한다. 초기 SOC산출부(220)는 OCV 및 온도에 대응하는 SOC에 관한 데이터 테이블에서 SOC를 검출하고, 초기 SOC로 산출한다. 그리고 초기 SOC산출부(220)는 산출된 초기 SOC에 대응하는 전류 적산값을 산출하고, 산출된 전류 적산값을 전류 적산부(210)로 전달한다.

전류 적산부(210)는 초기 SOC에 대응하는 초기 전류 적산값에 배터리 전류를 적산하여, 현재 전류 적산값을 산출한다. 본 발명의 실시예에 따른 전류 적산부(210)는 초기 SOC산출부(220)로부터 초기 SOC에 대응하는 초기 전류 적산값을 입력받아, 초기 전류 적산값에 배터리 전류를 시간에 대해 적산한 결과를 더하여 전류 적산값을 산출 한다. 여기서 배터리 전류를 시간에 대해 적산한 결과는 아래와 같은 수학식 1을 이용하여 산출한다.

여기서 i는 충방전 전류로서 센싱부(10)에서 출력된 배터리 전류이고

는 배터리(2)의 실제 충전 효율이다.

그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다른 방법에 의해 전류 적산값을 추정 할 수도 있다.

데이터 저장부(230)는 배터리의 상태 정보가 저장된다. 즉, 데이터 저장부(230)는 키 오프 시 SOC값, OCV에 대응하는SOC에 관한 데이터 테이블 및 SOC에 대응하는 전류 적산값을 저장한다.

제어부(240)는 전류 적산부(210)로부터 입력되는 전류 적산값을 이용하여 과충전 및 과방전을 판단한다. 제어부(240)는 전류 적산값이 배터리 정격 용량 이상의 기준 배터리 정격 용량과 비교하여, 기준 배터리 정격 용량보다 전류 적산값이 크면 과충전으로 판단한다. 여기서 배터리 정격 용량이란 전류와 시간에 대한 곱으로 배터리가 만 충전 되었을 때의 용량을 말한다. 본 발명의 실시예에 따른 기준 배터리 정격 용량이란, 배터리의 정격 용량 이상의 값으로 설정 될 수 있다. 또한, 제어부(240)는 전류 적산값이 0[Ah] 미만 이면 배터리를 과방전으로 판단한다. 제어부(240)는 과충전 및 과방전 시 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 상위 자동차 ECU(Electronic Control Unit)인 MTCU(Motor Control Unit)나 HCU(Hybrid Control Unit)에 전달하여 메인스위치(6)를 턴 오프 시키고, 메인스위치(6)가 턴 오프 되면 배터리(2)와 모터제너레이터(9)를 컷 오프 한다.

먼저 BMS(1)의 MCU(20)는 키 온이 되었는지 판단한다(S100). S100단계에서 판단결과, 키 온이 아닌 경우, S100단계부터 다시 시작한다. S100단계에서 판단 결과 키 온이면, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간에 따라 다른 방법으로 초기 SOC를 산출한다(S200). 먼저, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간보다 짧으면 직전 키 오프 시 SOC를 초기 SOC로 산출한다. 또한, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간 이상이면, 센싱부(10)로부터 전달받은 배터리 전압을 OCV로 설정한다. 그리고 OCV및 온도에 대응 하는 SOC에 관한 데이터 테이블에서 SOC를 검출하여 초기 SOC를 산출하고, 초기 SOC에 대응하는 초기 전류 적산값을 산출한다.

그리고 전달받은 초기 전류 적산값에 배터리 전류를 누적하는 전류 적산 방법에 의해 전류 적산값을 추정한다(S300).

제어부(240)는 전류 적산값과 기준 배터리 정격 용량[Ah] 및 0[Ah]을 비교한다(S400). S400단계에서 판단 결과 전류 적산값이 0[Ah]이상 및 배터리 정격 용량[Ah]이하의 경우 S300단계부터 다시 시작한다. S400단계에서 판단 결과 전류 적산값이 0[Ah] 미만이면 과방전으로 판단하고, 전류 적산값이 배터리 정격 용량[Ah]을 초과하면 과충전으로 판단한다. 제어부(240)는 과충전 및 과방전이면 메인스위치(6)를 턴 오프 시키고 메인스위치(6)가 턴 오프 되면 배터리(2)와 모터제너레이터(9)를 컷 오프 한다(S700).

또는S100단계에서 판단 결과, 키 온이면, 센싱부(10)로부터 배터리 전압을 검출 받는다(S500). 그리고 임계 전압 범위와 검출된 배터리 전압을 비교한다(S600). S600단계에서 판단 결과 키 온 시 배터리 전압이 제1전압 이하 제2전압 이상의 경우 S500단계부터 다시 시작한다. S600단계에서 판단 결과 보호회로부(70)는 배터리 전압이 제1전압 초과 일 때 과충전, 제2전압 미만 시 과방전으로 판단하고 메인스위치(6)를 턴 오프 시킨다. 메인스위치(6)가 턴 오프 되면 배터리(2)와 모터제너레이터(9)는 컷 오프 된다(S700).

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 과충전 및 과방전을 판단하는 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법에 따르면, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간에 따라 다른 방법으로 초기SOC를 산출한다. 그리고 산출된 초기 SOC에 대응하는 초기 전류 적산값에 배터리 전류를 누적하는 전류 적산 방법에 의해 현재 전류 적산값을 산출한다. 그래서 배터리 전류에 의해 업데이트 되는 전류 적산값이 기준 배터리 정격 용량[Ah]을 초과하면 과충전, 전류 적산값이 0[Ah] 미만으로 되면 과방전으로 판단하여 메인 스위치(6)를 턴 오프 시킨다. 그리고 메인스위치(6)가 턴 오프 되면, 배터리(2)와 모터제너레이터(9)를 컷 오프 하는 것을 배터리 전압과 더불어 사용한다. 종전에는 배터리 전압과 임계전압 범위를 비교하여 배터리 전압이 제1전압 이상이면 과충전이고, 배터리 전압이 제2전압 이하이면 과방전으로 인식하여 컷 오프를 시켰다. 배터리 전압 검출 회로에 이상이 발생했을 때 지속적인 과충전 또는 과방전이 생길 수 있는 것을 방지하기 위하여 정확하게 BMS의 보호기능에 대한 강화로 배터리의 안정적인 운영을 이루어질 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 전류 적산값을 이용하여 과충전 및 과방전을 판단 할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 구동방법을 제공한다.

따라서 배터리 전압 검출 회로에 이상에 의한 지속적인 과충전 또는 과방전을 방지할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 구동방법을 제공한다. 또한, 안정적이고 정확하게 배터리의 과충전 또는 과방전을 방지 할 수 있다.

Claims

동력 장치, 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되는 복수의 팩을 포함하는 배터리 및 상기 동력 장치와 상기 배터리를 연결하는 메인 스위치를 포함하는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 배터리 관리 시스템에 있어서,

상기 배터리 전류, 전압 및 온도를 측정하는 센싱부; 및

상기 배터리 전류를 적산하여 전류 적산값을 생성하고, 상기 전류 적산값을 이용하여 상기 배터리의 과충전 및 과방전을 판단하는 MCU를 포함하며,

상기 MCU는,

초기 SOC를 산출하여 상기 초기 SOC에 대응하는 전류 적산값을 산출하는 초기 SOC산출부;

상기 초기 SOC값에 대응하는 전류 적산값에 상기 배터리 전류를 누적하는 전류 적산방법에 의해 현재 전류 적산값을 추정하는 전류 적산부; 및

상기　전류 적산부로부터 전류 적산값을 전달받아 상기 배터리의 과충전 및 과방전을　판단하는　제어부를　포함하는 배터리 관리 시스템.
제１항에 있어서，

상기 배터리 전압을 임계 전압 범위와 비교한 결과를 이용하여 상기 배터리의 과충전 또는 과방전을 판단하는 보호회로부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
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제1항에 있어서,

상기 초기 SOC산출부는,

키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간보다 짧으면, 직전 키 오프 시 SOC를 초기 SOC로 산출하고, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간 이상이면, OCV 및 온도에 대응하는 SOC에 관한 데이터 테이블에서 SOC를 검출하여 초기 SOC로 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 배터리의 OCV 및 온도에 대응하는 SOC에 관한 데이터 테이블을 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전류 적산부는,

상기 초기 SOC에 대응하는 초기 전류 적산값에 상기 배터리 전류를 시간에 대해 적산하여 현재 전류 적산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제1항에　있어서，

상기　제어부는,

상기　전류　적산값이 0[Ah]미만이면 과방전, 상기 전류 적산값이 기준 배터리 정격 용량[Ah]을 초과하면 과충전으로 판단하여, 상기 과방전 또는 과충전 시 상기 메인스위치를 턴 오프 시켜, 상기 배터리와 동력장치와의 연결을 컷 오프 하는 배터리 관리 시스템.
제2항에　있어서，

상기 임계 전압 범위는 만 충전 시 배터리 전압인 제 1 전압 이상 및 만 방전 시 배터리 전압인 제 2 전압 이하의 범위이고,

상기 보호회로부는,

상기 배터리 전압이 상기 임계 전압 범위에 속하면, 과충전 및 과방전 시 상기 메인스위치를 턴 오프시켜 상기 배터리와 동력장치와의 연결을 컷 오프하는 배터리 관리 시스템.
동력 장치, 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성되는 복수의 팩을 포함하는 배터리 및 상기 동력 장치와 상기 배터리를 연결하는 메인 스위치를 포함하는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 배터리 관리 시스템의 구동방법에 있어서,

ａ) 초기　ＳＯＣ를　산출하고, 상기 초기 SOC에 대응하는 전류 적산값을 초기 전류 적산값으로 설정하는 단계;

b) 상기 초기 전류 적산값에 배터리 전류를 적산 하여, 현재 전류 적산값을 생성하는 단계;

c) 상기　전류　적산값을　이용하여 과충전 또는 과방전을 판단하는 단계; 및

d) 배터리 전압을 검출하고, 상기 배터리 전압을 임계 전압 범위와 비교하여 과충전 또는 과방전을 판단하는 단계;

를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
제9항에　있어서，

상기 a)단계는,

키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간보다 짧으면, 직전 키 오프 시 SOC를 초기 SOC로 산출하고, 직전 키 오프 시점과 현재 키 온 시점 사이의 기간이 휴지 기간 이상이면, OCV 및 온도에 대응하는 SOC에 관한 데이터 테이블에서 SOC를 검출하고 초기 SOC로 산출하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
제9항에 있어서,

상기 b)단계에서,

상기 초기 전류 적산값에 상기 배터리 전류를 시간에 대해 적산한 결과를 누적하여, 상기 현재 전류 적산값을 생성하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
제 9항에 있어서,

상기 c)단계는,

상기 전류 적산값이 0[Ah]미만이면 과방전으로 판단하고, 상기 전류 적산값이 기준 배터리 정격 용량[Ah]을 초과하면 과충전으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
제 9항에 있어서,

상기 d)단계는

상기 임계 전압 범위는 상기 배터리 만충전에 대응하는 제1 전압 초과 및 상기 배터리 만방전에 대응하는 제2 전압 미만인 범위이며,

상기 배터리 전압이 상기 제1전압 초과이면 과충전으로 판단하고, 상기 제2 전압 미만이며 과방전으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,

과충전 및 과방전으로 판단되면 상기 메인스위치를 턴 오프 시키고, 상기 메 인스위치가 턴 오프 되면 상기 배터리와 자동차 동력장치의 연결을 컷 오프 하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.