KR102118228B1 - 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩 - Google Patents

배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR102118228B1
KR102118228B1 KR1020150156728A KR20150156728A KR102118228B1 KR 102118228 B1 KR102118228 B1 KR 102118228B1 KR 1020150156728 A KR1020150156728 A KR 1020150156728A KR 20150156728 A KR20150156728 A KR 20150156728A KR 102118228 B1 KR102118228 B1 KR 102118228B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermistor
battery
discharge current
voltage
battery cells
Prior art date
Application number
KR1020150156728A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170054045A (ko
Inventor
송정주
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020150156728A priority Critical patent/KR102118228B1/ko
Publication of KR20170054045A publication Critical patent/KR20170054045A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102118228B1 publication Critical patent/KR102118228B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H01M2/1016
    • H01M2/348
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10Temperature sensitive devices
    • H01M2200/106PTC
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • Y02E60/12

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 회로 보호 시스템 및 방법에 관한 것으로, 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱 수행 시, 방전 전류의 소진에 따라 발생되는 발열에 대응하여 회로의 저항을 상승시킴으로써, 방전 전류로 인한 회로의 과열을 방지하고, 예컨대 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS) 등의 회로 내 구성요소를 보호하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩 {System and method for protecting battery circuit, and battery pack using the same}
본 발명은 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩에 관한 것으로, 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱 수행 시, 방전 전류의 소진에 따라 발생되는 발열에 대응하여 회로의 저항을 상승시킴으로써, 방전 전류로 인한 회로의 과열을 방지하고, 예컨대 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS) 등의 회로 내 구성요소를 보호할 수 있는 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩에 관한 것이다.
축전지 또는 이차 전지라고도 불리는 배터리는, 제품군에 따른 적용이 용이하고, 우수한 보존성 및 높은 에너지 밀도 등의 특성을 가지고 있다. 또한, 화석 연료의 사용을 감소시킬 수 있다는 일차적 장점뿐만 아니라, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 에너지 공급원으로 주목 받고 있다.
때문에, 배터리는 휴대용 기기를 비롯하여 전기차량(Electric Vehicle; EV) 및 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 등에 보편적으로 응용되며, 다양한 산업의 기반이 됨과 동시에 일상 생활에 편의성을 제공해 주고 있다.
나아가, 보다 효율적인 배터리 관리를 위하여 배터리 관리 시스템 (Battery Management System; BMS), 배터리 보호 회로 및 릴레이 회로 등에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
특히, BMS는 배터리의 상태 정보를 이용하여 배터리의 잔존 용량 (State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 전압 밸런싱 등을 관리할 수 있으며, 이 가운데 전압 밸런싱은 배터리 및 회로의 안전성과 내구성, 고출력 등에 영향을 미치는 중요 사항으로 여겨지고 있다.
통상적으로, 전압 밸런싱은 각 배터리 셀들의 전압을 측정한 후, 전압이 높은 배터리 셀을 방전시키며, 회로 내 저항 등을 이용하여 방전된 전류를 소진시키는 방식으로 구현되고 있다.
이때, 저항은 유입되는 방전 전류로 인하여 온도가 상승하게 되고, 과도한 온도 상승은 저항은 물론, 회로 내 구성요소들의 비정상 동작을 유발하며, 나아가 소손 등을 발생시켜 폭발 및 발화와 같은 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 배터리 회로 및 구성 소자 등의 과열 현상을 방지하는 것은 안정적인 배터리 운용을 위한 필수 사항이며, 종래에서는 회로의 과열 현상에 대처하기 위하여 별도의 온도 측정 회로 및 소자 등으로 온도를 측정한 후, 배터리 셀의 방전을 제어하는 방식이 제시된 바 있다.
그러나 이러한 종래 방식에 의하면, 온도를 측정하기 위한 별도의 수단이 요구되며, 이는 회로를 구성함에 있어 비용적인 측면과 회로 간소화에 어려움을 갖게 한다.
또한, 온도 측정 및 측정 결과에 근거하여 수행되는 제어 로직(logic) 등에 시간이 소요되므로, 회로의 과열 현상에 신속하게 반응하지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0060550호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리 셀의 방전에 수반되는 발열에 대응하여 회로의 저항을 상승시킴으로써, 별도의 온도 측정 수단 및 보호 소자 등을 구비하지 않고도 방전 전류로 인한 회로의 과열 및 소손을 방지할 수 있는 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 방전 시 회로의 온도 변화에 대응하여 회로의 저항값을 실시간으로 변동시킴으로써, 회로의 온도 측정 및 구동 동작 로직(logic) 등에 소요되는 시간을 절감시키며 회로 내에 흐르는 방전 전류량을 조절할 수 있는 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 시스템은, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 간의 전압 차를 감지할 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 개시하는 제어부; 상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 방전 전류를 소진시키는 저항; 및 상기 저항에 인접하여 위치하는 서미스터;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 상기 저항의 발열로 인하여 상기 서미스터의 온도가 증가함에 따라, 상기 서미스터의 저항값이 상승하여 상기 제어부로 유입되는 방전 전류량이 감소될 수 있다.
상기 서미스터는, 정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor; PTC)일 수 있다.
상기 서미스터는, 상기 저항과 직렬 접속되되, 상기 방전 전류의 흐름상 상기 저항의 배후에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 회로 보호 시스템은 상기 방전 전류를 단방향으로 흐르게 하는 단방향성 소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 단방향성 소자는, 다이오드일 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 회로 보호 시스템은 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압측정부;를 더 포함 수 있다.
상기 전압측정부는, 측정된 배터리 셀의 전압을 상기 제어부로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 방법은, 제어부에서 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 간의 전압 차를 감지할 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 개시하는 단계; 상기 복수의 배터리 셀 중 하나 이상으로부터 방전되는 전류가 저항에 의하여 소진되는 단계; 및 상기 저항의 발열로 인하여 상기 저항에 인접 위치한 서미스터의 온도가 증가함에 따라, 상기 서미스터의 저항값이 상승하여 상기 제어부로 유입되는 방전 전류량이 감소되는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 서미스터는, 정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor; PTC)일 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 회로 보호 방법은 상기 서미스터를 상기 저항과 직렬 접속시키되, 상기 방전 전류의 흐름상 상기 저항의 배후에 위치시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 회로 보호 방법은 상기 방전 전류를 단방향으로 흐르게 하기 위한 단방향성 소자를 구비시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 단방향성 소자는, 다이오드일 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 회로 보호 방법은 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 밸런싱을 개시하는 단계는, 상기 전압을 측정하는 단계에서 측정된 전압값에 근거하여, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱 개시 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀 간의 전압 차를 감지할 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 개시하는 제어부; 상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 방전 전류를 소진시키는 저항; 및 상기 저항에 인접하여 위치하는 서미스터;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 상기 저항의 발열로 인하여 상기 서미스터의 온도가 증가함에 따라, 상기 서미스터의 저항값이 상승하여 상기 제어부로 유입되는 방전 전류량이 감소될 수 있다.
상기 서미스터는, 정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor; PTC)일 수 있다.
상기 서미스터는, 상기 저항과 직렬 접속되되, 상기 방전 전류의 흐름상 상기 저항의 배후에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 팩은 상기 방전 전류를 단방향으로 흐르게 하는 단방향성 소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 단방향성 소자는, 다이오드일 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 팩은 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압측정부;를 더 포함 수 있다.
상기 전압측정부는, 측정된 배터리 셀의 전압을 상기 제어부로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 방전 전류를 소진시키는 저항의 발열에 따라 저항에 인접된 서미스터의 저항값이 상승하여 회로에 흐르는 방전 전류량이 조절됨으로써, 배터리 회로의 과열 및 소손을 방지할 수 있는 효과가 발생한다.
또한, 저항의 발열 및 서미스터의 특성에 근거하여 방전 전류량을 조절하므로, 배터리 회로의 발열을 판정하기 위한 별도의 온도 측정 수단 등이 불필요하고, 이로써 회로를 간소하게 구성할 수 있다.
더욱이, 서미스터의 저항값이 저항의 온도에 대응하여 실시간으로 변동되므로, 회로의 보호 동작에 관한 로직(logic) 등이 생략되어 보다 신속하게 회로의 발열에 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩이 적용될 수 있는 전기 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 시스템의 구성도 및 회로도이다.
도 4는 정특성 서미스터의 온도-저항 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩이 적용될 수 있는 전기 차량(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩은 전기 차량(electric vehicle)(1) 이외에도 가정용 및/또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS), 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 배터리가 적용되는 다양한 기술 분야에 응용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 전기 차량(1)은 배터리(10), BMS(Battery Management System)(20), ECU(Electronic Control Unit)(30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 차량(1)을 구동시키는 전기 에너지원으로, 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의하여 충전되거나 방전될 수 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충방전 전류를 제어, 예컨대 배터리 셀 간의 전압 밸런싱 수행을 제어할 수 있다.
ECU(30)는 전기 차량(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치로, 예컨대 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크의 정도를 결정하고, 모터의 출력이 토크 정보에 상응하도록 제어할 수 있다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 하며, 모터(50)는 배터리(10)의 전기에너지와 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보에 기초하여 전기 차량(1)을 구동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 전기 차량(1)의 배터리(10) 회로에 있어서, BMS(20)에 의한 전압 밸런싱이 수행될 경우, 배터리 셀의 방전으로 인하여 회로 및 소자 등에 발열이 수반되며, 이와 같은 발열이 과도하게 지속되면 BMS(20)와 같은 구성요소의 오동작 유발은 물론, 안정적인 배터리(10) 회로의 운용에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 배터리(10) 회로 및 소자 등의 과열 및 소손을 방지할 수 있는 본 발명에 따른 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 시스템(100)의 구성도이고, 도 3은 배터리 회로 보호 시스템(100)의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 시스템(100)은 전압측정부(110), 제어부(120), 단방향성 소자(130), 저항(140) 및 서미스터(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
다만, 도 2 및 도 3에 도시된 배터리 회로 보호 시스템(100)은 일 실시예에 따른 것으로, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있음을 유의한다.
또한, 상술된 구성요소들은 배터리 팩(11)에 내장되며, 특히 배터리 팩(11)에 포함된 복수의 배터리 셀(12-1 내지 12-N)들이 접속되는 각각의 회로마다 제공될 수 있다. 즉, 상기 구성요소들은 배터리 셀(12-1 내지 12-N)의 개수에 대응하여 복수로 구성되며, 각각의 구성요소들은 해당 회로에서 개별적으로 구동될 수 있음을 유념한다.
먼저, 전압측정부(110-1 내지 110-N)는 배터리 셀(12-1 내지 12-N)의 전압을 측정하는 역할을 수행할 수 있으며, 예컨대 배터리 셀(12-1 내지 12-N)의 양단에 센싱 라인이 연결되어 전압을 측정할 수 있다.
이때, 전압측정부(110-1 내지 110-N)에 의하여 측정된 배터리 셀(12-1 내지 12-N) 전압값은 해당 회로 내에 구비된 제어부(120-1 내지 120-N)로 제공될 수 있다.
각 회로의 제어부(120-1 내지 120-N)는 제공받은 회로 내 배터리 셀의 전압값을 타 회로 배터리 셀의 전압값과 상호 비교하여 복수의 배터리 셀(12-1 내지 12-N) 간의 전압 불균형을 판정하고, 전압 밸런싱이 개시되도록 제어할 수 있다.
이러한 제어부(120-1 내지 120-N)는, 예컨대 상술된 BMS(도 1의 20)에 해당될 수 있다.
즉, 각각의 전압측정부(110-1 내지 110-N)에서 측정된 해당 회로의 배터리 셀 전압값은 동일 회로의 제어부(120-1 내지 120-N)로 제공될 수 있으며, 이때 복수의 제어부(120-1 내지 120-N) 상호는 전기적 또는 통신적으로 연결되어 제공받은 배터리 셀 전압값을 상호 송수신할 수 있다.
따라서, 각 회로의 제어부(120-1 내지 120-N)들은 수신한 배터리 셀 전압값들을 상호 비교하고, 만일 복수의 배터리 셀(12-1 내지 12-N) 전압값이 서로 상이하여 차이값이 존재할 경우, 예컨대 기설정된 전압값을 초과하는, 또는 복수의 배터리 셀(12-1 내지 12-N) 전압값의 평균을 초과하는 배터리 셀 전압값이 제공된 제어부들은 해당 배터리 셀이 방전을 수행하도록 제어하여 복수의 배터리 셀(12-1 내지 12-N) 간의 전압 밸런싱을 개시할 수 있다.
여기서, 방전을 수행하는 배터리 셀로부터 나오는 방전 전류는 회로 내의 저항(140-1 내지 140-N)에 의하여 소진될 수 있으며, 이로써 방전을 수행하는 배터리 셀에는 전압 강하가 부여될 수 있다.
이때, 저항(140-1 내지 140-N)은 저항값이 고정된 형식, 저항값을 기계적으로 변환시킬 수 있는 형식, 재료의 특성에 의해 저항값이 자동적으로 변화하는 형식 등 다양하게 구현될 수 있으며, 방전 전류의 소진을 수행하는 한, 그 형식 및 종류에는 제한이 없음을 유의한다.
한편, 저항(140-1 내지 140-N)에 의한 방전 전류의 소진은 발열을 수반할 수 있다. 이러한 발열이 과도하게 지속될 경우, 회로 내 구성요소들에 악영향을 미치고, 무엇보다 안전상의 문제를 야기할 수 있어 적절한 대응조치가 요구된다. 본 발명에 따른 배터리 회로 보호 시스템(100)은 발열에 대한 대응수단으로 서미스터(150-1 내지 150-N)를 활용하며, 이에 대해서는 후술을 통하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
방전 전류의 흐름상, 저항(140-1 내지 140-N)의 이전 경로에는 단방향성 소자(130-1 내지 130-N)가, 저항(140-1 내지 140-N)의 배후로는 서미스터(150-1 내지 150-N)가 구비될 수 있다.
단방향성 소자(130-1 내지 130-N)의 구비는 저항(140-1 내지 140-N) 및 후술될 서미스터(150-1 내지 150-N)의 저항값으로 인하여 방전 전류가 역방향으로 흐르는 것을 방지하기 위함일 수 있으며, 예컨대 다이오드(diode)로 구현될 수 있다.
서미스터(150-1 내지 150-N)는 저항(140-1 내지 140-N)에 인접된 위치, 보다 구체적으로는 저항(140-1 내지 140-N)의 배후 측으로 직렬 연결되어 제공될 수 있다.
이러한 서미스터(150-1 내지 150-N)는 정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor; PTC)로 구현될 수 있으며, 도 4를 참조하여 그 특성을 살펴보면, 정특성 서미스터(150)는 정(+)의 온도계수를 가지고 있는 저항으로, 온도가 증가함에 따라 초기에는 자유전자수가 증가하여 최소 저항값에 도달하지만, 정격온도(예컨대 120℃)부터는 저항값이 급격히 증가할 수 있다.
이러한 특성에 근거하여, 저항(140-1 내지 140-N)에 인접 위치한 서미스터(150-1 내지 150-N)는 회로에 흐르는 방전 전류 및 저항(140-1 내지 140-N)의 발열에 대응하여 온도가 증가하게 되고, 정격온도 이상이 될 경우 서미스터(150-1 내지 150-N)의 저항값이 상승하므로, 방전된 배터리 셀로부터 나오는 방전 전류량을 감소시킬 수 있다.
한편, 일 실시예에서 제어부(120-1 내지 120-N)를 통하여 서미스터(150-1 내지 150-N)의 저항값 상승에 대한 임계치를 설정할 수 있으며, 서미스터(150-1 내지 150-N)의 저항값이 임계치를 초과할 경우, 제어부(120-1 내지 120-N)는 배터리 셀의 방전이 중지되도록 제어할 수 있다.
이로써, 방전 전류에 의하여 저항(140-1 내지 140-N) 및 회로 등의 온도가 과열되는 현상을 방지할 수 있으며, 또한 제어부(120-1 내지 120-N) 등으로 유입되는 방전 전류량이 감소되어 소손, 오동작 등의 문제를 예방할 수 있다.
특히, 서미스터(150-1 내지 150-N)의 저항값이 저항(140-1 내지 140-N)의 온도 변화에 대응하여 실시간으로 변동되므로, 회로의 과열을 판정하기 위한 별도의 온도 측정 수단이 불필요하게 되고, 이는 온도 측정 수단 구비에 따른 비용 및 측정에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 효과를 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 회로 보호 방법이 시작되면, 복수의 배터리 셀 각각에 연결된 전압측정부는 해당 배터리 셀의 전압을 측정하여 동일 회로에 구비된 제어부로 측정된 전압값을 제공한다(S510).
각각의 제어부들은 제공받은 배터리 셀 전압값을 상호 비교하여, 복수의 배터리 셀 간에 전압 불균형을 감지하고, 전압 밸런싱 개시 여부를 판정한다(S520).
만일, 복수의 배러티 셀 간에 전압차가 존재할 경우, 높은 배터리 셀 전압값을 제공받은 제어부는 해당 배터리 셀의 방전을 제어하여 전압 밸런싱을 개시한다(S530).
방전을 수행하는 배터리 셀로부터 나오는 방전 전류는 회로 내에 구비된 저항에 의하여 소진되며, 이때 저항의 온도가 증가하게 된다(S540).
따라서, 회로에 흐르는 방전 전류 및 저항의 온도 증가로 인하여 저항에 인접 위치한 정특성 서미스터 자체의 온도 역시 증가하게 되고(S550), 정특성 서미스터의 특성상 온도와 함께 저항값이 상승하게 된다(S560).
정특성 서미스터의 저항값이 상승함에 따라, 방전을 수행하는 배터리 셀로부터 나오는 방전 전류는 그 양이 감소하게 되며, 이로써 회로 및 저항의 과열이 방지되고, 제어부와 같은 구성요소를 보호할 수 있다(S570).
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
11: 배터리 팩
100: 배터리 회로 보호 시스템
110: 전압측정부
120: 제어부
130: 단방향성 소자
140: 저항
150: 서미스터

Claims (15)

  1. 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 간의 전압 차를 감지할 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 개시하는 제어부;
    상기 복수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압측정부;
    상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 방전 전류를 소진시키는 저항;
    상기 방전 전류를 단방향으로 흐르게 하는 단방향성 소자; 및
    상기 저항에 인접하여 위치하는 서미스터;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 서미스터의 저항값에 대한 임계치를 설정하고, 상기 서미스터의 저항값이 상기 임계치를 초과하는 경우, 배터리 셀의 방전이 중지되도록 제어하며,
    상기 전압측정부는,
    측정된 배터리 셀의 전압을 상기 제어부로 제공하고,
    상기 단방향성 소자는,
    다이오드로 구성되며,
    상기 단방향성 소자는,
    상기 방전 전류의 흐름 상 상기 저항의 이전 경로에 위치하고,
    상기 서미스터는,
    정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor; PTC)로 구성되며,
    상기 서미스터는,
    회로 상에서 상기 저항과 직렬 접속되되, 상기 방전 전류의 흐름상 상기 저항의 배후에 위치하고,
    상기 저항의 발열로 인하여 상기 서미스터의 온도가 증가함에 따라, 상기 서미스터의 저항값이 상승하여 상기 제어부로 유입되는 방전 전류량이 감소되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 회로 보호 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 단계;
    제어부에서 배터리 팩에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 간의 전압 차를 감지할 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 개시하는 단계;
    상기 복수의 배터리 셀 중 하나 이상으로부터 방전되는 전류가 저항에 의하여 소진되는 단계;
    상기 방전 전류를 단방향으로 흐르게 하기 위한 단방향성 소자를 구비시키는 단계;
    회로 상에서 서미스터를 상기 저항과 직렬 접속시키되, 상기 방전 전류의 흐름상 상기 저항의 배후에 위치시키는 단계; 및
    상기 저항의 발열로 인하여 상기 저항에 인접 위치한 상기 서미스터의 온도가 증가함에 따라, 상기 서미스터의 저항값이 상승하여 상기 제어부로 유입되는 방전 전류량이 감소되는 단계;를 포함하고,
    상기 전압 밸런싱을 개시하는 단계는,
    상기 전압을 측정하는 단계에서 측정된 전압값에 근거하여, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱 개시 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 서미스터의 저항값에 대한 임계치를 설정하고, 상기 서미스터의 저항값이 상기 임계치를 초과하는 경우, 배터리 셀의 방전이 중지되도록 제어하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 단방향성 소자를 구비시키는 단계는,
    상기 단방향성 소자를 방전 전류의 흐름 상 상기 저항의 이전 경로에 위치시키는 단계;를 포함하고,
    상기 서미스터는,
    정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor; PTC)로 구성되며,
    상기 단방향성 소자는,
    다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 회로 보호 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀 간의 전압 차를 감지할 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 개시하는 제어부;
    상기 복수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압측정부;
    상기 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 방전 전류를 소진시키는 저항;
    상기 방전 전류를 단방향으로 흐르게 하는 단방향성 소자; 및
    상기 저항에 인접하여 위치하는 서미스터;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 서미스터의 저항값에 대한 임계치를 설정하고, 상기 서미스터의 저항값이 상기 임계치를 초과하는 경우, 배터리 셀의 방전이 중지되도록 제어하며,
    상기 전압측정부는,
    측정된 배터리 셀의 전압을 상기 제어부로 제공하고,
    상기 단방향성 소자는,
    다이오드로 구성되며,
    상기 단방향성 소자는,
    상기 방전 전류의 흐름 상 상기 저항의 이전 경로에 위치하고,
    상기 서미스터는,
    정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient thermistor; PTC)로 구성되고,
    상기 서미스터는,
    회로 상에서 상기 저항과 직렬 접속되되, 상기 방전 전류의 흐름상 상기 저항의 배후에 위치하며,
    상기 저항의 발열로 인하여 상기 서미스터의 온도가 증가함에 따라, 상기 서미스터의 저항값이 상승하여 상기 제어부로 유입되는 방전 전류량이 감소되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 팩.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020150156728A 2015-11-09 2015-11-09 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩 KR102118228B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150156728A KR102118228B1 (ko) 2015-11-09 2015-11-09 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150156728A KR102118228B1 (ko) 2015-11-09 2015-11-09 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170054045A KR20170054045A (ko) 2017-05-17
KR102118228B1 true KR102118228B1 (ko) 2020-06-02

Family

ID=59048433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150156728A KR102118228B1 (ko) 2015-11-09 2015-11-09 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102118228B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3916880B1 (en) * 2020-05-29 2023-07-12 Samsung SDI Co., Ltd. Temperature-dependent resistor network for temperature anomaly monitoring in a battery system
JP2022108412A (ja) * 2021-01-13 2022-07-26 株式会社オートネットワーク技術研究所 セルバランス装置、バッテリセンシングユニット及びバッテリマネジメントシステム

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011078282A (ja) 2009-10-01 2011-04-14 Sony Corp 電池パック

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101181822B1 (ko) * 2010-10-13 2012-09-11 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법, 이를 이용하는 전력 저장 장치
JP6221685B2 (ja) 2013-11-25 2017-11-01 ミツミ電機株式会社 二次電池の保護回路、電池保護モジュール、電池パック及び処理方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011078282A (ja) 2009-10-01 2011-04-14 Sony Corp 電池パック

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170054045A (ko) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9847658B2 (en) Systems and methods for performing battery management
CN106972206B (zh) 电池控制系统和电池组
KR101696160B1 (ko) 전압 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법
EP2978065B1 (en) Battery preheating system and method for preheating battery using same
KR101057542B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법
US10711757B2 (en) Battery pack with temperature sensing unit
KR101736201B1 (ko) 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법
KR101749730B1 (ko) 셀 밸런싱 장치 및 방법
US20150180257A1 (en) Battery electronics and control system
JP2012009407A (ja) 高電圧バッテリおよびその昇温制御方法
JP7199021B2 (ja) 管理装置、蓄電システム
WO2010021076A1 (ja) 車両の電源装置およびその制御方法
US11230205B2 (en) Vehicular power supply system, and management device
KR101641762B1 (ko) 프리차지 저항 및 릴레이 파손 방지 장치 및 방법
JP5277711B2 (ja) 電源装置及び車両用電源装置
EP2961630B1 (en) Method for balancing the voltage of battery cells
JP2012052857A (ja) 二次電池の異常検出回路、及び電池電源装置
KR102118228B1 (ko) 배터리 회로 보호 시스템 및 방법, 이를 적용한 배터리 팩
KR20160103403A (ko) 배터리 관리 장치
US11742686B2 (en) Battery device and battery charging system
JP7212099B2 (ja) 車用スーパーキャパシタモジュールの保護方法及びこの保護方法を実行する車用スーパーキャパシタモジュールの保護装置
KR102096132B1 (ko) 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법
JP2015231301A (ja) 車両の電源装置
KR102085979B1 (ko) 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템
KR102167922B1 (ko) 소모전류 균등화 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant