KR101189582B1 - 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치 - Google Patents

배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차 및 하이브리드 자동차에 사용되는 고전압 배터리의 단위 셀 간 전압 검출 라인의 단선을 검출하기 위한 전압 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에 있어서, 셀 모듈과 셀모듈을 연결하는 버스바 및 이러한 버스바 전압전압 측정회로를 부가함으로써, 셀 모듈의 최하위셀 라인 단선시 추가 회로 또는 제어 로직없이 간단하게 라인 단선을 검출할 수 있는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에서는 다수의 셀 모듈과, 상기 셀 모듈 간을 연결하는 모듈 연결용 버스바와, 상기 셀 모듈을 구성하는 다수의 단위 셀 각각에 대한 셀 전압 및 상기 모듈 연결용 버스바에 대한 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정 회로를 포함하여 이루어지는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공한다.
따라서, 이러한 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 통해, 상기 전압 측정 회로에서 각 단위 셀에 대하여 측정된 전압이 0V인 경우, 전압 측정 라인의 단선으로 판정하며, 상기 모듈 연결용 버스바의 전압이 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 모듈 연결용 버스바의 체결 불량으로 판정하는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공한다.

Description

배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치{Voltage sensing system for detecting disconnection of voltage sensing line of battery}
본 발명은 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차 및 하이브리드 자동차에 사용되는 고전압 배터리의 단위 셀 간 전압 검출 라인의 단선을 검출하기 위한 전압 측정 장치에 관한 것이다.
전기자동차(EV) 및 하이브리드 전기자동차(HEV, FCEV)에서는 구동원인 고가의 배터리를 효율적으로 관리하기 위하여 배터리 관리 시스템(Battery mangement system; BMS)을 구성하고, 이를 통해 각 셀의 상태 점검과 충전상태(State Of Charge :SOC)를 정확히 연산하여 차량 제어 변수로 제공하면서 배터리를 관리하고있다.
이러한 배터리 관리 시스템에서의 보다 정밀한 배터리 관리를 위한 다양한 측정 및 진단 알고리즘이 개발되고 있으며, 이를 적용하기 위하여 배터리 전압값을 정확하고 안정적이며 고속으로 측정할 필요성이 증대되고 있다.
첨부된 도 1은 종래 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 팩의 셀 간 전압 센싱을 위한 전압 측정 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리 팩에서는 셀 모듈(10a, 10b)을 구성하는 단위 셀 양단을 각각 배터리 관리 시스템(30)의 전압 측정 회로(20a, 20b)에 연결하고, 각각의 셀 전압(V1 ~ V8)을 독립적으로 측정하였다.
한편, 도 2는 종래 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 팩의 셀 간 전압 센싱을 위한 전압 측정 회로의 라인 단선시의 검출되는 셀 간 전압을 표시한 것이다.
종래의 전압 측정 회로에서는 셀 모듈 최상위 셀 전압 측정 라인이 단선된 경우 또는 셀 모듈의 중간 셀 전압 측정 라인이 단선된 경우, 도 2에 도시된 것처럼 셀 간 전압이 0V로 검출되어, 전압 측정 라인의 단선이 발생하였음을 용이하게 검출할 수 있었다.
그러나, 종래의 전압 측정 회로에서는 도 2에서와 같이 셀 모듈의 최하위 셀 전압 측정 라인이 단선된 경우, 단선된 라인에도 불구하고 하위 셀 모듈 전압 측정 회로의 전원과 직접 연결됨에 따라 배터리 셀과 연결된다. 이로 인해, 라인 단선에도 불구하고 단위 셀의 측정 전압이 기준 전압인 3.7V로 측정되게 되므로, 단선에 따른 전압 변동을 확인할 수 없어, 종래의 전압 측정 회로로는 최하위 셀 전압 측정 라인 단선을 검출할 수 없는 문제점이 존재하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에 있어서, 셀 모듈과 셀모듈을 연결하는 버스바 및 이러한 버스바 전압전압 측정회로를 부가함으로써, 셀 모듈의 최하위셀 라인 단선시 추가 회로 또는 제어 로직없이 간단하게 라인 단선을 검출할 수 있는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 다수의 셀 모듈과; 상기 셀 모듈 간을 연결하는 모듈 연결용 버스바와; 상기 셀 모듈을 구성하는 다수의 단위 셀 각각에 대한 셀 전압 및 상기 모듈 연결용 버스바에 대한 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정 회로;를 포함하여 이루어지는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 전압 측정 회로는 각 단위 셀에 대하여 측정된 전압이 0V인 경우, 전압 측정 라인의 단선으로 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 전압 측정 회로는 상기 모듈 연결용 버스바의 전압이 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 상기 모듈 연결용 버스바의 체결 불량으로 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서는 종래 전압 측정 회로로는 검출이 불가능했던 셀 모듈 최하위셀에 대한 라인 단선을 간단하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 전압 측정 라인 단선 검출을 위하여 셀 모듈과 셀 모듈을 연결하도록 구성된 버스바의 체결 불량을 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차용 배터리 팩의 셀 간 전압 센싱을 위한 전압 측정 장치이고,
도 2는 종래 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 팩의 셀 간 전압 센싱을 위한 전압 측정 회로에서의 라인 단선 검출을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서의 라인 단선 검출을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서의 버스바 체결 불량 상태를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 버스바로 연결된 셀 모듈을 포함하는 배터리 팩을 도시한 것이다.
본 발명은 전기 자동차와 하이브리드 자동차에 적용되는 고전압 배터리의 셀 모듈 간을 버스바에 의하여 전기적으로 연결하고, 이러한 셀 모듈 연결용 버스바에 대한 전압측정 회로를 추가함으로써 셀 모듈 최하위셀에 대한 전압 측정 라인의 단선을 검출할 수 있는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치를 제공한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치의 개략적인 구성을 도시하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치는 각각의 단위 셀 간 전압을 측정할 수 있는 전압 측정 회로(120a, 120b)를 포함하도록 구성된다.
그러므로, 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서는 도 3에 도시된 것처럼, 각 단위 셀 간 전압(V1 ~ V8)의 전압을 측정할 수 있도록 각 단위 셀간에 전압 측정 라인을 인출하고, 커넥터에 의하여 상기 전압 측정 라인을 배터리 관리 시스템(130)에 연결함으로써 전압 측정 회로(120a, 120b)를 구성한다.
다만, 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서는 최하위 셀 전압 측정 라인의 단선을 검출할 수 있도록, 각각의 셀 모듈(110a)과 셀 모듈(110b) 간을 연결하는 모듈 연결용 버스바(140)를 설치하는 한편, 이러한 모듈 연결용 버스바(140)의 전압을 측정하는 버스바 전압 측정 회로를 부가하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 버스바 전압 측정 회로는 배터리 팩을 구성하는 각 셀 모듈과 셀 모듈을 연결하는 모듈 연결용 버스 바에 대한 전압을 측정하는 회로로 구성되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템(130) 내 단위 셀 간 전압을 측정하는 전압 측정 회로에 추가된다.
예를 들어, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서는 상기 버스바 전압 및 각 단위 셀 간의 전압을 함께 측정할 수 있도록 셀 모듈(110a, 110b)의 단위 셀 개수에 비하여 검출 채널을 하나 더 보유한 전압 측정 회로를 구현하고, 도 3에서와 같이 상위 셀 모듈(110b)의 최하위 셀로부터 배터리 관리 시스템(130) 내부로 연결되는 패턴 또는 와이어(150)를 형성하고, 상기 전압 측정 회로의 버스바 전압에 관한 검출 채널로 상기 패턴 또는 와이어(150)를 연결함으로써, 간단하게 버스바 전압 센싱 회로를 구성할 수 있다.
이러한 구성과 같이, 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서는 배터리를 구성하는 상위 셀 모듈(110b)과 하위 셀 모듈(110a) 간을 연결하는 모듈 연결용 버스바(140)의 전압을 상기 버스바 전압 센싱 회로에 의하여 검출하도록 구성하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서 셀 모듈(110a, 110b)의 최상위 셀, 중간 셀 또는 최하위 셀에서 전압 측정 라인에서 각각 단선이 발생한 경우 전압 측정 회로로부터 검출되는 전압을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 셀 모듈 최상위 셀 전압 측정 라인이 단선된 경우 또는 셀 모듈의 중간 셀 전압 측정 라인이 단선된 경우에는 각각의 셀 전압이 0V로 검출되어, 전압 측정 라인의 단선을 즉각적으로 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 셀 모듈 최하위 셀의 라인 단선시, 도 2에서와는 달리, 하위 셀 모듈과 연결되는 회로를 차단함으로써, 최하위 셀의 전압 측정 라인의 단선을 간단하게 검출할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 것처럼, 셀 모듈 최하위 셀의 전압 측정 라인에 단선이 발생한 경우, 추가된 버스바 전압 센싱 회로에 의하여 하위 셀 모듈(110a)의 전압 측정 회로(120a)에 대한 연결이 차단되고, 이에 따라 단선된 최하위 셀에 대한 전압 측정값이 0V로 검출되게 된다.
따라서, 본 발명에서는 최하위 셀을 포함한 모든 셀에 대하여 각각의 전압 측정값을 측정함으로써 간단하게 전압 측정 라인 단선을 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치에서는 셀 모듈과 셀 모듈을 연결하는 모듈 연결용 버스 바의 전압을 측정함으로써 버스바의 체결 불량을 검출할 수 있다.
이와 관련하여, 첨부된 도 5를 참조하면, 셀 모듈(110a, 110b) 간을 연결하는 모듈 연결용 버스바(140)의 체결 불량이 발생한 경우, 버스바를 통과하는 전류에 대한 저항이 증가하게 되고, 이에 따라 버스바 전압이 상승하게 된다.
도 3과 같은 실시예에서는 정상 상태에서 버스바의 저항은 대략 1mΩ 이하이고, 버스바 전압은 200㎷ 이하로 측정되나, 버스바 체결 불량이 발생한 경우에는 도 5에서와 같이, 버스바의 저항 증가로 인하 전압 측정값이 200㎷ 이상으로 검출된다.
그러므로, 본 발명에서는 배터리 관리 시스템 내부에 버스바 전압 측정 회로를 추가하고, 전류 인가시 버스바 전압 변화를 확인함으로써, 버스바 전압이 미리 설정된 정상값 이상으로 변화하는 경우 이를 버스바의 체결 불량으로 판단하도록 구현함으로써, 간단하게 버스바 체결 불량을 검출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 것으로, 각 셀 모듈(110)들은 모듈 연결용 버스바(140)에 의하여 연결되어 있으며, 상기 버스바의 전압을 배터리 관리 시스템(130)에서 측정할 수 있도록 구성되어 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
110a, b: 셀 모듈 120a, b: 전압 측정 회로
130: 배터리 관리 시스템 140: 모듈 연결용 버스바
150: 패턴/와이어

Claims (3)

  1. 다수의 셀 모듈;
    상기 셀 모듈 간을 연결하는 모듈 연결용 버스바;
    상기 셀 모듈을 구성하는 다수의 단위 셀 각각에 대한 셀 전압 및 상기 모듈 연결용 버스바에 대한 전압을 측정하도록 구성되고, 각 단위 셀에 대하여 측정된 전압이 OV인 경우, 전압 측정 라인의 단선으로 판정하도록 구성되는 전압 측정 회로;
    를 포함하며,
    상기 버스바 전압 및 각 단위 셀 간의 전압을 함께 측정할 수 있도록 셀 모듈의 단위 셀 개수에 비하여 검출 채널을 하나 더 보유한 전압 측정 회로를 구성하되, 상위 셀 모듈의 최하위 셀로부터 배터리 관리 시스템 내부로 연결되는 패턴 또는 와이어를 형성하고, 상기 전압 측정 회로의 버스바 전압에 관한 검출 채널로 상기 패턴 또는 와이어를 연결하여 버스바 전압 센싱 회로를 구성하여,
    셀 모듈 최하위 셀의 전압 측정 라인에 단선이 발생한 경우, 추가된 버스바 전압 센싱 회로에 의하여 하위 셀 모듈의 전압 측정 회로에 대한 연결이 차단되면서 단선된 최하위 셀에 대한 단선을 검출할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 측정 회로는 상기 모듈 연결용 버스바의 전압이 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 상기 모듈 연결용 버스바의 체결 불량으로 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치.
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