KR100921647B1 - 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로및 방법 - Google Patents

하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로 및 보호방법에 관한 것으로,
배터리팩의 각 셀(Cell) 전압을 측정하여 기준 전압 이상이 되면 배터리 관리 시스템(BMS;Battery Management System)에서 경고(Alarm) 메시지나 고장(Trip) 메시지를 자동차 콘트롤러(HCU)측으로 전송하여 충전을 중단하도록 하는 종래의 방법은 소프트웨어적인 방법이므로 차량의 통신이 문제가 있거나 셀(Cell) 전압을 잘못 측정하게 되는 경우, 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)의 고장 또는 오동작의 경우에 배터리가 과충전되어 폭발할 수 있게 되는 문제가 있었던 바,
하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 배터리 셀(10)단에 충전전압을 기준전압과 비교하면서 모니터링하는 과전압 충전보호 IC(11)를 접속하고, 과전압 충전보호 IC(11)에 회로를 단락 또는 개방시키는 N채널 MOS FET(14)를 접속하며, 과전압 충전보호 IC(11)와 N채널 MOS FET(14) 사이에 과충전시 충전전류를 N채널 MOS FET(14)로 바이패스(Bypass)되도록 하는 셀 균등저항(13)을 접속하는 것과, N채널 MOS FET(14)에 배터리를 균등화시키기 위해서 외부에서 제어하도록 설계되는 포토모스 릴레이(15)를 접속하는 것 등을 특징으로 하는 본 발명은 배터리 관리 시스템(BMS)의 오동작 등으로 인하여 배터리가 과충전되어 폭발 위험성이 있는 문제를 셀(Cell) 과전압 보호회로(Over Voltage Protection Circuit)를 추가하여 기준전압 이상이 되면 배터리에 전류를 충전하지 않고 과충전 보호회로를 통하여 충전전류를 방전시킴으로써 하드웨어적으로 해결할 수 있게 되므로 종래의 리튬이온(Li-Ion), 리튬폴리머(Li_Polymer) 배터리를 전원으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩이 폭발되는 문제를 근본적으로 해결할 수 있게 되어 배터리팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
하이브리드 전기자동차, 배터리팩, 과전압 충전보호 IC, N채널 MOS FET, 셀 균등저항

Description

하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로 및 방법 {a Over Voltage Prtection Circuit of Cell of Battery Pack for a Hybrid Electric Vehicle and the method thereof}
본 발명은 내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)의 배터리팩에 관한 것으로, 더 자세하게는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로 및 보호방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)는 내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용한다.
최근 하이브리드 전기자동차용 배터리로는 리튬 배터리가 주로 사용되고 있는 실정인 바, 이 리튬 배터리는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온(Li-ion) 배터리와 고체 성분인 폴리머 전해질을 사용하는 리튬폴리머(Li-Polymer) 배터리가 있다.
하이브리드 전기자동차에 있어서는 배터리의 필요 용량에 따라 셀(Cell)을 50~100개 정도를 직렬 연결하여 하나의 팩(Pack) 형태로 차량에 장착하게 된다.
상기 하이브리드 전기자동차용 배터리팩은 에너지 밀도와 효율은 좋으나 과충전될 경우 부풀어지거나 폭발하는 등의 위험한 상태가 될 수 있다.
이에 종래에는 배터리팩의 각 셀(Cell) 전압을 측정하여 기준 전압 이상이 되면 배터리 관리 시스템(BMS;Battery Management System)에서 경고(Alarm) 메시지나 고장(Trip) 메시지를 자동차 콘트롤러(HCU)측으로 전송하여 충전을 중단하도록 하고 있다.
그러나 상기 방법은 소프트웨어적인 방법이므로 차량의 통신이 문제가 있거나 셀(Cell) 전압을 잘못 측정하게 되는 경우, 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)의 고장 또는 오동작의 경우에 배터리가 과충전되어 폭발할 수 있게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 배터리 관리 시스템(BMS)의 오동작 등으로 인하여 배터리가 과충전되어 폭발 위험성이 있는 문제를 해결할 수 있도록 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로 및 보호방법을 제공하는 데에 있는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 셀(Cell) 과전압 보호회로(Over Voltage Protection Circuit)를 추가하여 기준전압 이상이 되면 배터리에 전류를 충전하지 않고 과충전 보호회로를 통하여 충전전류를 바이패스(Bypass)시킴으로써 배터리 폭발방지를 하드웨어적으로 해결할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
즉, 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 배터리 셀(10)단에 충전전압을 기준전압과 비교하면서 모니터링하는 과전압 충전보호 IC(11)를 접속하고, 과전압 충전보호 IC(11)에 회로를 단락 또는 개방시키는 N채널 MOS FET(14)를 접속하며, 과전압 충전보호 IC(11)와 N채널 MOS FET(14) 사이에 과충전시 충전전류를 N채널 MOS FET(14)로 바이패스(Bypass)되도록 하는 셀 균등저항(13)을 접속하여서 되는 것이며, N채널 MOS FET(14)에 배터리를 균등화시키기 위해서 외부에서 제어하도록 설계되는 포토모스 릴레이(15)를 접속하여서 되는 것이다.
그리고 본 발명의 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호방법은 배터리의 기준전압을 체크하여 기준전압 이상인 경우 과전압 충전보호 IC의 아웃단에서 하이 시그날을 출력하고, N채널 MOS FET를 턴온시켜 과충전 회로를 단락(Short)하는 동시에 셀 균등 저항을 통해 충전 전류를 바이패스시키고 기준 이하로 배터리팩의 셀을 방전시키는 것이며, 아울러 배터리의 기준전압을 체크하여 기준전압 이하인 경우 과전압 충전보호 IC의 아웃단에서 로우 시그날을 출력하고, N채널 MOS FET를 턴오프시켜 과충전 회로를 개방(Open)하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 배터리 관리 시스템(BMS)의 오동작 등으로 인하여 배터리가 과충전되어 폭발 위험성이 있는 문제를 셀(Cell) 과전압 보호회로(Over Voltage Protection Circuit)를 추가하여 기준전압 이상이 되면 배터리에 전류를 충전하지 않고 과충전 보호회로를 통하여 충전전류를 방전시킴으로써 하드웨어적으로 해결할 수 있도록 한 것으로, 본 발명에 의하면 종래의 리튬이온(Li-Ion), 리튬폴리머(Li_Polymer) 배터리를 전원으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩이 폭발되는 문제를 근본적으로 해결할 수 있게 되어 배터리팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이하 본 발명의 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명의 한 실시예의 직렬로 연결된 다중셀(Cell) 회로도가 도시되어 있고, 도 2에는 동 실시예의 1셀(Cell) 회로도가 도시되어 있으며, 도 3에는 동 실시예의 순서도가 도시되어 있다.
본 발명의 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로는 도 1 및 도 2와 같이 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 배터리 셀(10)단에 충전전압을 기준전압과 비교하면서 모니터링하는 과전압 충전보호 IC(11)를 접속하고, 과전압 충전보호 IC(11)에 회로를 단락 또는 개방시키는 N채널 MOS FET(14)를 접속하 며, 과전압 충전보호 IC(11)와 N채널 MOS FET(14) 사이에 과충전시 충전전류를 N채널 MOS FET(14)로 바이패스(Bypass)되도록 하는 셀 균등저항(13)을 접속하여서 되는 것이다.
아울러 N채널 MOS FET(14)에 배터리를 균등화시키기 위해서 외부에서 제어하도록 설계되는 포토모스 릴레이(15)를 접속하여서 되는 것이다.
도면부호중 미설명부호 12는 칩 콘덴서이다.
한편 본 발명의 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호방법은 배터리의 기준전압을 체크하여 기준전압 이상인 경우 과전압 충전보호 IC의 아웃단에서 하이 시그날을 출력하고, N채널 MOS FET를 턴온시켜 과충전 회로를 단락(Short)하는 동시에 셀 균등 저항을 통해 충전 전류를 바이패스시키고 기준 이하로 배터리팩의 셀을 방전시켜서 되는 것이다.
아울러 배터리의 기준전압을 체크하여 기준전압 이하인 경우 과전압 충전보호 IC의 아웃단에서 로우 시그날을 출력하고, N채널 MOS FET를 턴오프시켜 과충전 회로를 개방(Open)하여서 되는 것이다.
본 발명에 있어서는 배터리팩의 각 셀 배터리단에 마련된 과전압 보호회로를 통해 과충전시 충전전류를 바이패스(Bypass)시킴으로써 배터리팩이 기준전압 이상으로 충전되지 않도록 할 수 있게 된다.
즉, 배터리팩의 배터리 셀(10)단에 충전전류에 의해서 충전될 경우 과전압 충전보호 IC(11)가 기준전압과 비교하면서 모니터링하게 되며, 기준전압보다 작을 경우에는 과전압 충전보호 IC(11)의 아웃(Out) 핀에서 로우(Low)를 출력하여 N채널 MOS FET(14)를 턴온(Turn off)시켜 배터리 셀(10)에 충전시키고, 기준전압 보다 클 경우에는 과전압 충전보호 IC(11)의 아웃(Out) 핀에서 하이(High)를 출력하여 N채널 MOS FET(14)를 턴온(Turn on)시켜 회로를 단락시킴으로써 충전전류를 셀 균등저항(13)을 통해서 N채널 MOS FET(14)로 바이패스(Bypass)시키게 된다.
본 발명에 있어서 N채널 MOS FET(14)에 접속되는 포토모스 릴레이(15)는 배터리를 균등화시키기 위해서 외부에서 제어하도록 설계된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예의 직렬로 연결된 다중셀(Cell) 회로도
도 2는 동 실시예의 1셀(Cell) 회로도
도 3은 동 실시예의 순서도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
10 : 배터리 셀(Battery Cell)
11 : 과전압 충전보호 IC(Over Voltage Protection IC)
12 : 칩 콘덴서(Chip Capacitor)
13 : 셀 균등저항(Cell Balancing Resistor)
14 : N채널 MOS FET(N-Channel MOS FET)
15 : 포토모스 릴레이(Photo MOS Relay)

Claims (4)

  1. 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 배터리 셀(10)단에 충전전압을 기준전압과 비교하면서 모니터링하는 과전압 충전보호 IC(11)를 접속하고, 과전압 충전보호 IC(11)에 회로를 단락 또는 개방시키는 N채널 MOS FET(14)를 접속하며, 과전압 충전보호 IC(11)와 N채널 MOS FET(14) 사이에 과충전시 충전전류를 N채널 MOS FET(14)로 바이패스(Bypass)되도록 하는 셀 균등저항(13)을 접속한 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로.
  2. 제1항에 있어서, N채널 MOS FET(14)에 배터리를 균등화시키기 위해서 외부에서 제어하도록 설계되는 포토모스 릴레이(15)를 접속한 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호회로.
  3. 배터리의 기준전압을 체크하여 기준전압 이상인 경우 과전압 충전보호 IC의 아웃단에서 하이 시그날을 출력하고, N채널 MOS FET를 턴온시켜 과충전 회로를 단락(Short)하는 동시에 셀 균등 저항을 통해 충전 전류를 바이패스시키고 기준 이하로 배터리팩의 셀을 방전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호방법.
  4. 제3항에 있어서, 배터리의 기준전압을 체크하여 기준전압 이하인 경우 과전압 충전보호 IC의 아웃단에서 로우 시그날을 출력하고, N채널 MOS FET를 턴오프시켜 과충전 회로를 개방(Open)하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 배터리팩의 셀 과충전 보호방법.
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