KR101938633B1 - 배터리 안전 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

배터리 안전 제어 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은, 안전스위치를 대체하는 무접점 스위치를 구비하거나 안전스위치와 무접점 스위치의 직렬회로를 구성하여 구비함으로 차량 키 스위치가 오프 상태에서 별도의 안전 스위치조작 없이도 고전압회로를 차단하여 인체 감전 사고를 방지하고 차량 키 스위치의 오프 시 자동적으로 배터리 회로를 차단함으로써 누설전류로 인한 배터리의 방전 또는 용량저하를 방지하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

Description

배터리 안전 제어 시스템 및 제어 방법 {SAFETY CONTROL SYSTEM OF BATTERY AND CONTROL METHOD THEREOF }
본 발명은 배터리 안전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차용 배터리의 감전사고 방지 및 배터리의 내부 누설전류로 인한 배터리 방전 방지에 관한 것이다.
일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석 연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기 모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 통상 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기 모터를 보조 동력원으로 채택하여 연비 향상 및 배기가스 저감을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 연비를 개선하고 환경 친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 엔진과 전기 모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있다.
전기자동차용 배터리의 고전압부에 인체가 접촉 시 전기적 충격 및 감전 사고를 방지하기 위하여 직렬 배터리회로의 가운데에 안전 스위치(Safety Switch)가 설치되어 있으며, 배터리 점검을 위하여 외함을 열기 전 안전 스위치를 수동으로 조작하여 고전압 회로를 차단하도록 되어있다.
한국공개특허 [2003-0065757]("하이브리드 전기 차량의 안전 스위치 모니터링 제어방법, 이하 종래기술1)에서는 하이브리드 전기 차량의 작동 시 안전 스위치 상태를 차량 진단 시스템으로 용이하게 모니터링할 수 있는 하이브리드 전기 차량의 안전 스위치 모니터링 제어방법에 관한 것이다. 하이브리드 전기 차량용 안전 스위치의 온/오프(ON/OFF)를 판별하기 위한 방법에 있어서, 두 개의 배터리 모듈(Battery Module)로부터 출력되는 전압을 측정하기 위해 상기 하이브리드 전기 차량의 다수 개 배터리를 직렬 연결하는 단계와; 상기 직렬 연결된 다수 개의 배터리 가운데 기준 배터리의 전압 측정 위치에 안전 스위치를 회로 연결하는 단계와; 상기 안전 스위치의 온/오프(ON/OFF) 동작에 따라 상기 기준 배터리의 전압 값을 다르게 표시하는 방법이 개시되어 있다.
이와 같이 종래에 배터리 안전에 관한 기술들이 개시되고 있으나, 종래기술 1은 하이브리드 전기 차량용 안전스위치의 온/오프(ON/OFF)를 판별하는 방법으로 사용자가 안전스위치를 수동으로 직접 온/오프(ON/OFF) 시켜야 하기 때문에 발생되는 안전사고 발생 우려에 대한 문제점을 해결하기 위한 것이나, 사용자가 직접 안전스위치의 온/오프(ON/OFF) 램프를 확인하여야 하고 램프나 회로에 문제가 발생 시 램프만의 확인만으로 안전스위치의 온/오프(ON/OFF)의 판별에 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 사용자의 직접조작에 의한 동작방식으로 사용자가 스위치를 차단하지 않고 배터리 외함을 열거나, 외함을 연 후 스위치를 재결합 시켰을 경우 고전압부가 인체에 노출되는 문제가 있으며, 또한, 차량 키 스위치(Key Switch)의 오프(OFF) 상태에서 메인 릴레이1,2의 오프(OFF) 에도 불구하고 배터리의 내부 누설전류로 인하여 배터리가 방전되는 문제가 있었다.
한국공개특허 [2003-0065757]
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차량 키 스위치가 오프(OFF) 상태에서 별도의 안전 스위치조작 없이도 고전압회로를 차단하여 인체 감전 사고를 방지하기 위함이다. 또한 차량 키 스위치의 오프(OFF) 시 자동적으로 배터리 회로를 차단함으로써 누설전류로 인한 배터리의 방전 또는 용량저하를 방지하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은, 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 이루어지는 제1 배터리 팩; 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 이루어지는 제2 배터리 팩; 상기 제1배터리 팩과 상기 제2배터리 팩 사이에 직렬 구비되는 무접점 스위치; 및 상기 무접점 스위치와 연결되어 상기 무접점 스위치를 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System);을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무접점 스위치와 상기 제1배터리 팩 사이 또는 상기 무접점 스위치와 상기 제2배터리 팩 사이에 직렬 구비되는 안전 스위치(Safety Switch);를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
또, 상기 배터리 관리 시스템과 연결되어 사용자 입력을 받아 상기 무접점 스위치의 온/오프(ON/OFF)를 제어하는 차량 키 스위치;를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 차량 키 스위치가 온(ON) 상태이면 상기 무접점 스위치가 온(ON)되고, 상기 차량 키 스위치가 오프(OFF) 상태이면 상기 무접점 스위치가 오프(OFF)되도록 제어하는 것이 바람직하다.
또, 상기 차량 키 스위치는 시동 키와 연동되는 것이 바람직하다.
또한, 배터리 안전 제어 시스템을 이용한 제어 방법에 있어서, (a) 사용자의 입력에 의해 상기 차량 시동키가 온(ON)되는 단계; (b) 상기 차량 키 스위치(500)와 연동되어 상기 차량 키 스위치(500)가 온(ON)되는 단계; 및 (c) 상기 차량 키 스위치(500)의 온(ON)상태를 배터리 관리 시스템(400)에서 입력받아 상기 무접점 스위치(300)를 온(ON) 상태가 되도록 자동제어 하는 단계; 를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, (d) 사용자의 입력에 의해 차량 시동키가 오프(OFF)되는 단계; (e) 상기 차량 키 스위치(500)와 연동되어 상기 차량 키 스위치(500)가 오프(OFF)되는 단계; 및 (f) 상기 차량 키 스위치(500)의 오프(OFF) 상태를 상기 배터리 관리 시스템(400)에서 입력받아 상기 무접점 스위치(300)를 오프(OFF) 상태가 되도록 자동제어 하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 수동으로 조작 하여야 하는 안전 스위치(Safety Switch)를 대체하여 자동으로 제어함으로 사용자의 실수로 인한 인체 감전 사고를 방지 하는 효과가 있고, 안전스위치와 병행함으로 2중 안전장치로 인한 인체 감전사고 방지에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 기존의 배터리는 차량시스템에 대하여 수동적인 역할로 인해 배터리의 과사용 등을 조절하지 못하는 문제점이 있으나 배터리 충전상태에 따라 능동적인 대응이 가능함으로 차량 운행정지 중 배터리 누설을 방지할 수 있다.
아울러, 배터리제어기, 차량제어기 등의 작동 불능 상황에서 자동적으로 배터리의 주 회로를 차단함으로 더 큰 사고를 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 안전 시스템 회로의 구성을 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 안전 시스템 회로의 구성을 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 흐름을 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 안전 시스템 회로의 구성을 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 안전 시스템 회로의 구성을 도시한 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은 제1 배터리 팩(100), 제2 배터리 팩(200), 무접점 스위치(300) 및 배터리 관리 시스템(400)을 포함하여 구성한다. 제1 배터리 팩(100)은 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 양극단자와 음극단자로 구성된다. 제2 배터리 팩(200)은 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 양극단자와 음극단자로 구성되며 제1 배터리 팩(100)과 직렬 연결된다. 무접점 스위치(300)는 제1배터리 팩(100)과 제2배터리 팩(200) 사이에 직렬 구비되며 고전압 배터리의 전원을 인가 및 차단할 수 있다. 배터리 관리 시스템(400)은 상기 무접점 스위치(300)와 연결되어 무접점 스위치(300)의 온/오프(ON/OFF)를 자동 제어할 수 있다. 무접점 스위치(300)은 배터리 관리 시스템(400)에 의해 온/오프(ON/OFF)가 자동제어 되어 사용자의 부주의로 인한 안전사고를 예방할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은 차량 키 스위치(500)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
차량 키 스위치(500)는 배터리 관리 시스템(400)과 연결되어 사용자 입력을 받아 차량 시동키가 온(ON) 되면 차량 키 스위치(500)가 온(ON) 상태가 되며, 차량 시동키가 오프(OFF) 되면 차량 키 스위치(500)가 오프(OFF) 상태가 된다.
배터리 관리 시스템(400)은 차량 키 스위치(500)의 온/오프(ON/OFF) 신호를 입력받아 차량 키 스위치(500)가 온(ON) 상태이면 무접점 스위치(300)가 온(ON) 되고, 차량 키 스위치가(500) 오프(OFF) 상태 이면 무접점 스위치가(300) 오프(OFF) 되도록 무접점 스위치(300)의 온/오프(ON/OFF)를 자동 제어할 수 있다.
차량의 시동이 오프(OFF)되면 자동으로 무접점 스위치(300)가 오프(OFF)되어 차량 운행정지 중 배터리의 전류가 누설 되는 것을 방지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은 제1 실시예와 유사하며 제1 배터리 팩(100), 제2 배터리 팩(200), 안전 스위치(600), 무접점 스위치(300) 및 배터리 관리 시스템(400)을 포함하여 구성된다. 제2 실시예에는 제1실시예의 구성에 안전스위치(600)가 포함된다.
안전 스위치(600)는 무접점 스위치(300)와 제1배터리 팩(100) 사이 또는 무접점 스위치(300)와 제2배터리 팩(200) 사이에 직렬 구비되어 무접점 스위치(300)가 정상적인 기능을 못할 경우를 대비하여 사용자가 안전스위치(600)를 차단함으로 이중 안전장치를 구성함으로 안전에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.
제2 실시예에도 역시 차량 키 스위치(500)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
도 3 내지 도 4를 통해 본 발명의 배터리 안전 제어 시스템을 이용한 제어 방법에 대해 설명한다. 사용자의 입력에 의해 차량 시동키가 온(ON) 상태가 되면 차량 키 스위치(500)가 온(ON) 상태가 되고, 차량 키 스위치(500)의 온(ON) 상태를 배터리 관리 시스템(400)에서 입력받아 무접점 스위치(300)를 온(ON) 상태가 되도록 자동제어하며, 배터리로부터 차량에 고전압 출력을 인가하여 차량에서 배터리의 에너지를 사용할 수 있게 제어한다.
사용자의 입력에 의해 차량 시동키가 오프(OFF) 상태가 되면 차량 키 스위치(500)가 오프(OFF) 상태가 되고, 차량 키 스위치(500)의 오프(OFF) 상태를 배터리 관리 시스템(400)에서 입력받아 무접점 스위치(300)를 오프(OFF) 상태가 되도록 자동제어하며, 차량의 고전압 배터리 출력을 차단하여 작업자가 스위치를 차단하지 않고 배터리 외함을 개방하거나 외함을 개방한 후 스위치의 재결합 시 고전압부가 인체에 노출되어 발생할 수 있는 인체 감전 사고를 방지하고 나아가 차량 운행정지 중 배터리의 전류가 누설 되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 제1 배터리 팩
200: 제2 배터리 팩
300: 무접점 스위치
400: 배터리 관리 시스템
500: 차량 키 스위치
600: 안전 스위치

Claims (7)

  1. 배터리 외함 내에 위치하며, 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 이루어지는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩;
    상기 제1배터리 팩과 상기 제2배터리 팩 사이에 직렬로 연결 구비되며, 차량 키 스위치에 의해 온/오프 제어되는 무접점 스위치; 및
    상기 무접점 스위치와 연결되어 상기 무접점 스위치를 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 차량 키 스위치가 온 상태이면 상기 무접점 스위치가 자동으로 온되도록 제어하여 상기 제1 배터리 팩 및 상기 제2 배터리 팩이 전기적으로 연결되도록 하며,
    상기 차량 키 스위치가 오프 상태이면 상기 무접점 스위치가 자동으로 오프되도록 제어하여 상기 제1 배터리 팩 및 상기 제2 배터리 팩이 전기적으로 차단시켜 고전압 노출 및 누설 전류 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 안전 제어 시스템은 상기 무접점 스위치와 상기 제1배터리 팩 사이 또는 상기 무접점 스위치와 상기 제2배터리 팩 사이에 직렬 구비되는 안전 스위치(Safety Switch);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 차량 키 스위치는 차량 시동 키와 연동되는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
  6. 제5항에 의한 배터리 안전 제어 시스템을 이용한 제어 방법에 있어서,
    (a) 사용자의 입력에 의해 상기 차량 시동 키가 온(ON)되는 단계;
    (b) 상기 차량 시동 키와 연동되어 상기 차량 키 스위치가 온(ON) 되는 단계; 및
    (c) 상기 차량 키 스위치의 온(ON)상태를 배터리 관리 시스템에서 입력받아 상기 무접점 스위치를 온(ON) 상태가 되도록 자동제어 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템 제어 방법.
  7. 제5항에 의한 배터리 안전 제어 시스템을 이용한 제어 방법에 있어서,
    (d) 사용자의 입력에 의해 상기 차량 시동 키가 오프(OFF)되는 단계;
    (e) 상기 차량 시동 키와 연동되어 상기 차량 키 스위치가 오프(OFF) 되는 단계; 및
    (f) 상기 차량 키 스위치의 오프(OFF) 상태를 상기 배터리 관리 시스템에서 입력받아 상기 무접점 스위치를 오프(OFF) 상태가 되도록 자동제어 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템 제어 방법.
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