KR102603205B1 - Apparatus and method for operating battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비상배터리를 구비하는 배터리 팩을 운용하는 과정에서 효과적으로 배터리 팩을 운용할 수 있는 배터리 운용 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로상에 충방전 스위치와 퓨즈를 구비하여 배터리를 운용하는 장치로서, 상기 충방전 경로와 병렬 연결될 수 있도록 구성된 비상 충방전 경로; 상기 비상 충방전 경로 상에 위치하여 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 병렬 연결되도록 구성된 비상배터리; 상기 충방전 스위치 및 상기 퓨즈와 전기적으로 연결되어, 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈의 고장 여부를 감지하도록 구성된 고장 감지부; 상기 비상배터리와 전기적으로 연결되어, 상기 비상배터리로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 비상배터리의 충전량을 추정하도록 구성된 SOC추정부; 및 상기 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하고, 상기 고장 신호를 기초로 상기 셀 어셈블리 및 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 제어하며, 상기 SOC추정부로부터 상기 비상배터리의 충전량을 수신하여 상기 충전량을 기초로 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리를 밸런싱 하도록 구성된 프로세서를 포함한다.The present invention relates to a battery operating device and method that can effectively operate a battery pack including an emergency battery. A battery operating device according to an embodiment of the present invention is a device that operates a battery by having a charge/discharge switch and a fuse on a charge/discharge path that supplies charge/discharge current to a cell assembly, and can be connected in parallel with the charge/discharge path. an emergency charging/discharging path configured to enable; an emergency battery located on the emergency charge/discharge path and configured to be electrically connected in parallel with the cell assembly; A failure detection unit electrically connected to the charge/discharge switch and the fuse, receiving an electrical signal from the charge/discharge switch and the fuse, and configured to detect whether the charge/discharge switch and the fuse are broken based on the electrical signal. ; an SOC estimator electrically connected to the emergency battery, configured to receive an electrical signal from the emergency battery and estimate a charge amount of the emergency battery based on the electrical signal; and receiving a failure signal from the failure detection unit, controlling the connection relationship between the cell assembly and the emergency battery and the charge/discharge path based on the failure signal, and receiving the charge amount of the emergency battery from the SOC estimator. and a processor configured to balance the cell assembly and the emergency battery based on the charge amount.
Description
본 발명은 배터리 운용 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비상배터리를 구비하는 배터리 팩을 운용하는 과정에서 효과적으로 배터리 팩을 운용할 수 있는 배터리 운용 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery operating device and method, and more specifically, to a battery operating device and method that can effectively operate a battery pack including an emergency battery in the process of operating the battery pack.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and portable phones has rapidly increased, and as the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, and satellites has begun, high-performance secondary batteries capable of repeated charging and discharging have been developed. Research is actively underway.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among these, lithium secondary batteries have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be freely charged and discharged. It is receiving attention for its extremely low self-discharge rate and high energy density.
배터리는 다양한 분야에서 이용되는데, 전기 구동 차량 또는 스마트 그리드 시스템과 같이 최근에 배터리가 많이 활용되는 분야는 큰 용량을 필요로 하는 경우가 많다. 배터리 팩의 용량을 증가하기 위해서는 이차 전지, 즉 배터리 셀 자체의 용량을 증가시키는 방법이 있을 수 있겠지만, 이 경우 용량 증대 효과가 크지 않고, 이차 전지의 크기 확장에 물리적 제한이 있으며 관리가 불편하다는 단점을 갖는다. 따라서, 통상적으로는 다수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 팩이 널리 이용된다.Batteries are used in a variety of fields, and fields where batteries have been widely used recently, such as electric vehicles or smart grid systems, often require large capacities. In order to increase the capacity of the battery pack, there may be a way to increase the capacity of the secondary battery, that is, the battery cell itself, but in this case, the effect of increasing capacity is not significant, there are physical limitations to expanding the size of the secondary battery, and management is inconvenient. has Therefore, battery packs in which multiple battery modules are connected in series and parallel are generally widely used.
한편, 최근 배터리와 관련하여 사회적으로 가장 큰 이슈가 되고 있는 것이 배터리의 안전성 문제이다. 이러한 배터리 팩이 장착된 차량의 경우, 배터리 팩의 불량이나 고장으로 인한 배터리 팩의 화재 시 차량을 운행할 수 없다. 더욱이 차량 주행 중에 배터리 팩의 고장이 발생하는 경우 차량이 도로 상에서 멈추게 되는 위험한 상황이 발생할 수 있다. 또한, 배터리 팩의 고장으로 인하여 도로 상에서 차량이 멈추게 되는 경우 후속 차량과 충돌하는 등의 2차 사고가 발생할 수 있다. 따라서, 2차 사고를 방지하기 위하여 차량을 갓길 등의 안전한 지역으로 이동시킬 필요성이 있다.Meanwhile, the biggest social issue related to batteries recently is the safety issue of batteries. In the case of a vehicle equipped with such a battery pack, the vehicle cannot be driven in the event of a battery pack fire due to defective or malfunction of the battery pack. Moreover, if the battery pack fails while the vehicle is driving, a dangerous situation may occur in which the vehicle stops on the road. Additionally, if the vehicle stops on the road due to a battery pack failure, a secondary accident, such as a collision with a following vehicle, may occur. Therefore, there is a need to move the vehicle to a safe area such as the shoulder of the road to prevent secondary accidents.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 비상배터리를 구비하는 배터리 팩을 운용하는 과정에서 효과적으로 배터리 팩을 운용할 수 있는 개선된 배터리 운용 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention was created against the background of the above prior art, and relates to an improved battery operating device and method that can effectively operate a battery pack including an emergency battery.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood from the following description and will be more clearly understood by practicing the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로상에 충방전 스위치와 퓨즈를 구비하여 배터리를 운용하는 장치로서, 상기 충방전 경로와 병렬 연결될 수 있도록 구성된 비상 충방전 경로; 상기 비상 충방전 경로 상에 위치하여 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 병렬 연결되도록 구성된 비상배터리; 상기 충방전 스위치 및 상기 퓨즈와 전기적으로 연결되어, 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈의 고장 여부를 감지하도록 구성된 고장 감지부; 상기 비상배터리와 전기적으로 연결되어, 상기 비상배터리로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 비상배터리의 충전량을 추정하도록 구성된 SOC추정부; 및 상기 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하고, 상기 고장 신호를 기초로 상기 셀 어셈블리 및 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 제어하며, 상기 SOC추정부로부터 상기 비상배터리의 충전량을 수신하여 상기 충전량을 기초로 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리를 밸런싱 하도록 구성된 프로세서를 포함한다.A battery operating device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a device that operates a battery by having a charge/discharge switch and a fuse on a charge/discharge path that supplies charge/discharge current to the cell assembly, an emergency charge/discharge path configured to be connected in parallel with the charge/discharge path; an emergency battery located on the emergency charge/discharge path and configured to be electrically connected in parallel with the cell assembly; A failure detection unit electrically connected to the charge/discharge switch and the fuse, receiving an electrical signal from the charge/discharge switch and the fuse, and configured to detect whether the charge/discharge switch and the fuse are broken based on the electrical signal. ; an SOC estimator electrically connected to the emergency battery, configured to receive an electrical signal from the emergency battery and estimate a charge amount of the emergency battery based on the electrical signal; and receiving a failure signal from the failure detection unit, controlling the connection relationship between the cell assembly and the emergency battery and the charge/discharge path based on the failure signal, and receiving the charge amount of the emergency battery from the SOC estimator. and a processor configured to balance the cell assembly and the emergency battery based on the charge amount.
또한, 상기 프로세서는, 상기 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하는 경우 상기 셀 어셈블리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 끊고, 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 연결하도록 구성될 수 있다.In addition, the processor may be configured to disconnect the connection relationship between the cell assembly and the charge/discharge path and connect the connection relationship between the emergency battery and the charge/discharge path when receiving a failure signal from the failure detection unit. there is.
또한, 상기 프로세서는, 상기 비상배터리의 충전량이 미리 설정된 기준 충전량 이하이면 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리 사이를 전기적으로 연결하고, 상기 셀 어셈블리의 전력을 이용하여 상기 비상배터리를 충전하도록 구성될 수 있다.In addition, the processor may be configured to electrically connect the cell assembly and the emergency battery when the charge amount of the emergency battery is less than a preset standard charge amount, and to charge the emergency battery using the power of the cell assembly. .
또한, 상기 프로세서는, 상기 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하는 경우 차량의 상위제어장치로 비상 상황 알림을 전달하고, 상기 비상배터리의 충전량을 기초로 차량 구동 가능 시간을 연산하여 연산된 차량 구동 가능 시간을 상기 상위제어장치로 전달할 수 있다.In addition, when the processor receives a failure signal from the failure detection unit, the processor transmits an emergency situation notification to the upper control device of the vehicle, calculates the vehicle drive time based on the charge amount of the emergency battery, and enables the calculated vehicle to be driven. Time can be transmitted to the upper control device.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS는, 본 발명에 따른 배터리 운용 장치를 포함한다.Additionally, the BMS according to an embodiment of the present invention includes a battery operating device according to the present invention.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 운용 장치를 포함한다.Additionally, a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery operating device according to the present invention.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 방법은, 셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로상에 충방전 스위치와 퓨즈를 구비하여 배터리를 운용하는 방법으로서, 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 병렬 연결되도록 비상배터리를 연결하는 단계; 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈의 고장 여부를 감지하는 단계; 상기 비상배터리로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 비상배터리의 충전량을 추정하는 단계; 및 상기 고장 감지 단계에 의해 감지된 고장 신호를 수신하고 상기 고장 신호를 기초로 상기 셀 어셈블리 및 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 제어하며, 상기 충전량 추정 단계에 의해 추정된 상기 비상배터리의 충전량을 기초로 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리를 밸런싱 하는 단계를 포함한다.In addition, a battery operation method according to an embodiment of the present invention to achieve the above object is a method of operating a battery by providing a charge/discharge switch and a fuse on a charge/discharge path that supplies charge/discharge current to the cell assembly. Connecting an emergency battery to be electrically connected in parallel with the cell assembly; Receiving an electrical signal from the charge/discharge switch and the fuse, and detecting whether the charge/discharge switch and the fuse are broken based on the electrical signal; Receiving an electrical signal from the emergency battery and estimating the amount of charge of the emergency battery based on the electrical signal; and receiving a failure signal detected by the failure detection step and controlling the connection relationship between the cell assembly and the emergency battery and the charge/discharge path based on the failure signal, and the emergency battery estimated by the charge amount estimation step. It includes balancing the cell assembly and the emergency battery based on the amount of charge of the battery.
또한, 상기 비상배터리 밸런싱 단계에서는, 상기 고장 신호를 수신하는 경우 상기 셀 어셈블리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 끊고, 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 연결할 수 있다.Additionally, in the emergency battery balancing step, when the failure signal is received, the connection between the cell assembly and the charging and discharging path may be disconnected, and the connection between the emergency battery and the charging and discharging path may be connected.
상기 비상배터리 밸런싱 단계에서는, 상기 비상배터리의 충전량이 미리 설정된 기준 충전량 이하이면 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리 사이를 전기적으로 연결하고 상기 셀 어셈블리의 전력을 이용하여 상기 비상배터리를 충전할 수 있다.In the emergency battery balancing step, if the charge amount of the emergency battery is less than a preset standard charge amount, the cell assembly and the emergency battery may be electrically connected and the emergency battery may be charged using the power of the cell assembly.
상기 비상배터리 밸런싱 단계에서는, 상기 고장 신호를 수신하는 경우 차량의 상위제어장치로 비상 상황 알림을 전달하고, 상기 비상배터리의 충전량을 기초로 차량 구동 가능 시간을 연산하여 연산된 차량 구동 가능 시간을 상기 상위제어장치로 전달할 수 있다.In the emergency battery balancing step, when the failure signal is received, an emergency situation notification is transmitted to the upper control device of the vehicle, and the vehicle drivable time is calculated based on the charge amount of the emergency battery, and the calculated vehicle drivable time is calculated. It can be transmitted to the upper control device.
본 발명의 일 측면에 의하면, 비상배터리를 구비함으로써 배터리 팩에 고장이 발생하는 경우에도 차량 등의 배터리 시스템을 구동시킬 수 있는 장점이 있다.According to one aspect of the present invention, by providing an emergency battery, there is an advantage in that the battery system of a vehicle, etc. can be operated even when a battery pack failure occurs.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 비상배터리의 충전량을 기초로 배터리 팩과 비상배터리를 밸런싱 함으로써 비상배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 개선된 배터리 운용 장치 및 방법이 제공될 수 있다.In particular, according to an embodiment of the present invention, an improved battery operation device and method can be provided that can extend the life of the emergency battery by balancing the battery pack and the emergency battery based on the charge amount of the emergency battery.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.In addition, the present invention can have various other effects, and these other effects of the present invention can be understood through the following description and can be more clearly seen through examples of the present invention.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상배터리가 배터리 팩 및 차량과 연결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 충방전 경로가 충방전 경로와 연결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서와 연결되는 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later. Therefore, the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
1 is a diagram schematically showing the functional configuration of a battery operating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing a configuration in which an emergency battery is connected to a battery pack and a vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram schematically showing a configuration in which an emergency charging and discharging path is connected to a charging and discharging path according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram schematically showing some components connected to a processor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart schematically showing a battery operation method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor must appropriately use the concept of terms to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle of definability.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not entirely represent the technical idea of the present invention, so at the time of filing the present application, various options that can replace them are available. It should be understood that equivalents and variations may exist.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Additionally, when describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '프로세서'와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it does not exclude other elements, but may further include other elements, unless specifically stated to the contrary. Additionally, terms such as 'processor' used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Additionally, throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this refers not only to the case where it is "directly connected" but also to the case where it is "indirectly connected" with another element in between. Includes.
본 명세서에서, 이차 전지는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 이차 전지로 간주될 수 있다. In this specification, a secondary battery refers to an independent cell that has a negative electrode terminal and a positive electrode terminal and is physically separable. As an example, one pouch-type lithium polymer cell may be considered a secondary battery.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리를 구비할 수 있다. 또한, 배터리 운용 장치는, 셀 어셈블리로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로상에 충방전 스위치와 퓨즈를 구비할 수 있다. 여기서, 충방전 경로는, 차량의 구동 장치 등의 외부 장치와 연결되어 셀 어셈블리로부터 전력을 전달할 수 있다.The battery operating device according to an embodiment of the present invention may be provided in a battery pack. Here, the battery pack may include a cell assembly including one or more secondary batteries. Additionally, the battery operation device may be provided with a charge/discharge switch and a fuse on a charge/discharge path that supplies charge/discharge current to the cell assembly. Here, the charge/discharge path can be connected to an external device such as a vehicle driving device to transmit power from the cell assembly.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상배터리가 배터리 팩 및 차량과 연결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically showing the functional configuration of a battery operating device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration in which an emergency battery is connected to a battery pack and a vehicle according to an embodiment of the present invention. This is a drawing shown as .
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치(1)는, 비상 충방전 경로(L1), 비상배터리(100), 고장 감지부(200), SOC추정부(300) 및 프로세서(400)를 포함한다.Referring to Figures 1 and 2, the
상기 비상 충방전 경로(L1)는, 충방전 경로(L2)와 병렬 연결될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 충방전 경로(L2)는, 배터리 팩(P)의 양단과 연결될 수 있다. 또한, 비상 충방전 경로(L1)는, 비상배터리(100)의 양단과 연결될 수 있다. 그리고, 충방전 경로(L2)와 비상 충방전 경로(L1)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 직접 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 충방전 경로(L2)와 비상 충방전 경로(L1)는, 배터리 팩(P)의 양단과 차량(70)의 양단 사이의 노드에서 연결될 수 있다. 이 경우, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(P)의 양단 및 차량(70)의 양단 사이의 노드와 차량(70)의 양단을 연결하는 경로는 메인 경로(L)일 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에서, 충방전 경로(L2)와 비상 충방전 경로(L1)는, 배터리 팩(P)의 내부에서 셀 어셈블리와 배터리 팩 양단 사이의 노드에서 연결될 수 있다.The emergency charge/discharge path (L1) may be configured to be connected in parallel with the charge/discharge path (L2). For example, as shown in the configuration of FIG. 2, the charge/discharge path L2 may be connected to both ends of the battery pack P. Additionally, the emergency charging and discharging path L1 may be connected to both ends of the
상기 비상배터리(100)는, 비상 충방전 경로(L1) 상에 위치할 수 있다. 또한, 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)에 구비된 셀 어셈블리와 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 비상배터리(100)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(P)과 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 또한, 비상배터리(100)의 양단은 차량(70)의 양단과 전기적으로 직접 연결될 수 있다.The
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)의 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)의 외부에 장착될 수 있다. 또는, 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)의 내부에 장착될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(P)은, 배터리 팩(P)의 외부에 부착될 수 있다. 또한, 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)의 내부에 삽입될 수 있다.For example, the
또한, 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)으로부터 탈착 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)으로부터 탈착 되어 교체될 수 있다.Additionally, the
또한, 비상배터리(100)는, 배터리 팩(P)과 커넥터로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 비상배터리(100)의 양단은, 배터리 팩(P)의 양단과 커넥터에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 비상배터리(100)가 배터리 팩(P)에 장착되는 경우, 비상배터리(100)와 배터리 팩(P) 사이의 커넥터에 의해 비상배터리(100)와 배터리 팩(P)이 연결될 수 있다. Additionally, the
상기 고장 감지부(200)는, 충방전 경로(L2)에 구비된 충방전 스위치 및 퓨즈와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 고장 감지부(200)는, 충방전 스위치 또는 퓨즈의 고장 여부를 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 고장 감지부(200)는, 충방전 스위치 및 퓨즈로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 충방전 스위치와 퓨즈의 고장 여부를 감지할 수 있다. 예를 들어, 고장 감지부(200)는, 충방전 스위치의 양단과 전기적으로 연결되어 충방전 스위치의 양단 전압을 기초로 충방전 스위치의 고장 여부를 감지할 수 있다. 또한, 고장 감지부(200)는, 퓨즈의 양단과 전기적으로 연결되어 퓨즈의 양단 전압을 기초로 퓨즈의 고장 여부를 감지할 수 있다.The
상기 SOC추정부(300)는, 비상배터리(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, SOC추정부(300)는, 비상배터리(100)로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 비상배터리(100)의 충전량을 추정할 수 있다. 예를 들어, SOC추정부(300)는, 비상배터리(100)와 전기적으로 연결되어 비상배터리(100)의 전압, 전류 및 온도를 측정할 수 있다. 또한, SOC추정부(300)는, 비상배터리(100)의 전압, 전류 및 온도를 기초로 비상배터리(100)의 충전량을 추정할 수 있다.The SOC estimation unit 300 may be electrically connected to the
상기 프로세서(400)는, 고장 감지부(200)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 주고 받을 수 있다, 또한, 프로세서(400)는, 고장 감지부(200)로부터 고장 신호를 수신하고, 상기 고장 신호를 기초로 셀 어셈블리 및 비상배터리(100)와 충방전 경로 사이의 연결 관계를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(400)는, 고장 신호를 기초로 셀 어셈블리 및 충방전 경로의 연결 관계와 비상배터리(100) 및 충방전 경로의 연결 관계를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예에서, 프로세서(400)는, 고장 신호를 기초로 배터리 팩(P)에 구비된 셀 어셈블리와 차량(70)의 연결 관계를 끊을 수 있다. 또한, 프로세서(400)는, 고장 신호를 기초로 비상배터리(100)와 차량(70)의 연결 관계를 연결할 수 있다.The
또한, 프로세서(400)는, SOC추정부(300)로부터 비상배터리(100)의 충전량을 수신하여 상기 충전량을 기초로 셀 어셈블리와 비상배터리(100)를 밸런싱 할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(400)는, 비상배터리(100)의 충전량이 기준 충전량 이하인 경우 셀 어셈블리의 전력을 이용하여 비상배터리(100)를 충전시킬 수 있다.Additionally, the
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치(1)는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 메모리 디바이스(500)를 더 포함할 수 있다.Preferably, the
상기 메모리 디바이스(500)는, 고장 감지부(200), SOC추정부(300) 및 프로세서(400)의 동작에 필요한 정보를 미리 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 디바이스(500)는, 충방전 스위치 양단 전압의 임계값 및 퓨즈 양단 전압의 임계값을 미리 저장할 수 있다. 또한, 메모리 디바이스(500)는, 비상배터리(100)의 충전량을 추정할 수 있도록 전압-SOC 룩업테이블을 미리 저장할 수 있다. 또한, 메모리 디바이스(500)는, 비상배터리(100)의 기준 충전량을 미리 저장할 수 있다.The
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상 충방전 경로가 충방전 경로와 연결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서와 연결되는 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 본 실시예에서는, 앞선 실시예에 대한 설명이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration in which an emergency charging and discharging path is connected to a charging and discharging path according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram schematically showing some configurations connected to a processor according to an embodiment of the present invention. This is a schematic drawing. Additionally, in this embodiment, detailed description of parts to which the description of the previous embodiment can be similarly applied will be omitted, and the description will focus on parts where there are differences.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 제1 전압 측정부(113), 제2 전압 측정부(13), 제1 온도 측정부(115), 제2 온도 측정부(15), 제1 전류 측정부(117), 제2 전류 측정부(17), 제1 SOC추정부(310), 제2 SOC추정부(320), 고장 감지부(200), 프로세서(400), 메모리 디바이스(500) 및 상위제어장치(90)를 포함할 수 있다.3 and 4, the battery operating device according to an embodiment of the present invention includes a first
상기 제1 전압 측정부(113) 및 상기 제2 전압 측정부(13)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 양단과 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 전압 측정부(113) 및 제2 전압 측정부(13)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 양단과 전기적으로 각각 연결될 수 있다.The first
또한, 제1 전압 측정부(113) 및 제2 전압 측정부(13)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 양단 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 전압 측정부(113) 및 제2 전압 측정부(13)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 양단으로부터 수신한 전기적 신호를 기초로 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 제1 전압 측정부(113)는, 비상 셀 어셈블리(110)의 양극 단자 및 비상 셀 어셈블리(110)의 음극 단자와 각각 연결되어 비상 셀 어셈블리(110)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 제2 전압 측정부(13)는, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자 및 셀 어셈블리(10)의 음극 단자와 각각 연결되어 셀 어셈블리(10)의 양단 전압을 측정할 수 있다.Additionally, the first
바람직하게는, 제1 전압 측정부(113) 및 제2 전압 측정부(13)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 전압 측정부(113) 및 제2 전압 측정부(13)는, 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)의 통제 하에 시간 간격을 두고 비상 셀 어셈블리(110)의 양단 전압 및 셀 어셈블리(10)의 양단 전압을 각각 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 전압 측정부(113) 및 제2 전압 측정부(13)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로를 이용하여 구현될 수 있다. Preferably, the first
상기 제1 온도 측정부(115) 및 상기 제2 온도 측정부(15)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)에 각각 인접하여 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 측정 온도를 각각 측정할 수 있다. 또한, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)에 각각 인접하여 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)와 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 또는, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)에 각각 장착되어 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)와 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 온도를 각각 측정할 수 있다.The first
바람직하게는, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, BMS(Battery Management System)의 집적 회로 기판 상에 장착될 수 있다. 특히, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 집적 회로 기판 상에 부착될 수 있다. 이를 테면, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 집적 회로 기판 상에 숄더링된 형태로 장착되는 NTC 써미스터(Negative Temperature Coefficient thermistor)일 수 있다.Preferably, the first
바람직하게는, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 시간 간격을 두고 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 온도를 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 온도 측정부(115) 및 제2 온도 측정부(15)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)를 이용하여 구현될 수 있다.Preferably, the first
상기 제1 전류 측정부(117) 및 상기 제2 전류 측정부(17)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)와 각각 연결된 비상 충방전 경로(L1) 및 충방전 경로(L2)상에 구비된 전류 센서(120, 20)와 전기적으로 연결되어, 전류 센서(120, 20)로부터 전기적 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제1 전류 측정부(117) 및 제2 전류 측정부(17)는, 전류 센서(120, 20)로부터 수신한 전기적 신호를 기초로 비상 충방전 경로(L1) 및 충방전 경로(L2)를 흐르는 충방전 전류를 각각 측정하도록 구성될 수 있다.The first
예를 들어, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전류 측정부(117) 및 제2 전류 측정부(17)는, 전류 센서(120, 20)의 양단과 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 여기서, 전류 센서(120, 20)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 음극 단자와 배터리 팩의 음극 단자 사이에 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 또한, 제1 전류 측정부(117) 및 제2 전류 측정부(17)는, 전류 센서(120, 20)의 양단 전압을 각각 측정하고, 전류 센서(120, 20)의 양단 전압을 기초로 충방전 경로(L2)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 측정부(117) 및 제2 전류 측정부(17)는, 전류 센서(120, 20)의 저항값과 전류 센서(120, 20)의 양단 전압을 기초로 옴의 법칙을 이용하여 비상 충방전 경로(L1) 및 충방전 경로(L2)를 흐르는 전류를 각각 측정할 수 있다.For example, as shown in the configuration of FIG. 4, the first
바람직하게는, 제1 전류 측정부(117) 및 제2 전류 측정부(17)는, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 전류 측정부(117) 및 제2 전류 측정부(17)는, 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)의 통제하에 시간 간격을 두고 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 반복 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(120, 20)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 구현될 수 있다. Preferably, the first
상기 메모리 디바이스(500)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 메모리 디바이스(500)는, 비상 셀 어셈블리(110)의 양단 전압 및 셀 어셈블리(10)의 양단 전압에 대응하는 충전 전하량을 정의하는 룩업테이블을 미리 저장할 수 있다. The
상기 제1 SOC추정부(310) 및 상기 제2 SOC추정부(320)는, 전압 측정부(113, 13), 전류 측정부(117, 17) 및 온도 측정부(115, 15)로부터 수신한 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)에 대한 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 이용하여, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 상태 즉, 충전 전하량을 계산하여 모니터링 할 수 있다. 즉, 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)가 충전 또는 방전되는 동안 충전 상태(SOC)를 계산하여 모니터링 할 수 있다.The
본 발명의 일 측면에서, 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)는, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 적산하여 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다. 여기서, 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 또는 방전이 시작될 때 충전 상태의 초기값은 충전 또는 방전이 시작되기 전에 측정한 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 개방 전압(OCV)을 이용하여 결정할 수 있다. 이를 위해, 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)는 개방 전압 별로 충전 상태를 정의한 개방 전압-충전 상태 룩업 테이블을 포함하고, 룩업 테이블로부터 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 개방 전압에 대응되는 충전 상태를 맵핑할 수 있다.In one aspect of the present invention, the
다른 측면에서, 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)는, 확장 칼만 필터를 이용하여 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 산출할 수 있다. 확장 칼만 필터는 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 이용하여 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 상태를 적응적으로 추정하는 수학적 알고리즘을 말한다. 여기서, 확장 칼만 필터를 이용한 충전 상태의 추정은, 일 예로서 그레고리 엘 플레트(Gregory L. Plett)의 논문 "Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3" (Journal of Power Source 134, 2004, p. 252-261)을 참조할 수 있다.In another aspect, the
비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전 상태는 전술한 전류 적산법 또는 확장 칼만 필터 이외에도 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 전압, 전류 및 온도를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다.The charging state of the
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 충방전 스위치(30)를 포함할 수 있다.Preferably, the battery operating device according to an embodiment of the present invention may include a charge/
상기 충방전 스위치(30)는, 셀 어셈블리(10)를 충전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 충방전 경로(L2)를 개폐할 수 있다. 또한, 충방전 스위치(30)는, 셀 어셈블리(10)를 방전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 충방전 경로(L2)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 충방전 스위치(30)는, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자 사이의 충방전 경로(L2) 상에 위치하여 충방전 경로(L2)를 개폐할 수 있다.The charge/
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 비상 충방전 스위치(130)를 포함할 수 있다.Also, preferably, the battery operating device according to an embodiment of the present invention may include an emergency charge/
상기 비상 충방전 스위치(130)는, 비상 셀 어셈블리(110)를 충전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 비상 충방전 경로(L1)를 개폐할 수 있다. 또한, 비상 충방전 스위치(130)는, 비상 셀 어셈블리(110)를 방전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 비상 충방전 경로(L1)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 비상 충방전 스위치(130)는, 비상 셀 어셈블리(110)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자 사이의 비상 충방전 경로(L1) 상에 위치하여 비상 충방전 경로(L1)를 개폐할 수 있다.The emergency charge/
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 스위치(30) 및 비상 충방전 스위치(130)는, 게이트, 드레인 및 소스 단자를 구비한 FET(Field Effect Transistor)소자로서, 게이트 단자와 소스 단자 사이에 인가된 전압에 따른 채널 형성 여부에 의해 온 되거나 오프 될 수 있다. 일 예로, 상기 FET소자는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있다. For example, the charge/
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 퓨즈(50)를 포함할 수 있다.Preferably, the battery operating device according to an embodiment of the present invention may include a
상기 퓨즈(50)는, 충방전 경로(L2)상에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 퓨즈(50)는, 충방전 스위치(30)와 배터리 팩의 양극 단자 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 퓨즈(50)는, 전선에 과전류가 계속 흐르는 것을 방지하기 위하여 사용하는 자동 차단기일 수 있다. The
상기 고장 감지부(200)는, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 프로세서(400)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 고장 감지부(200)는, 충방전 스위치(30) 또는 퓨즈(50)의 고장 여부를 감지하여 충방전 스위치(30) 또는 퓨즈(50)의 고장 여부를 프로세서(400)로 전달할 수 있다.As shown in the configuration of FIG. 4, the
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고장 감지부(200)는, 셀 어셈블리(10)와 전기적으로 연결되어 셀 어셈블리(10)의 고장 여부를 감지할 수 있다. 이 경우, 고장 감지부(200)는, 셀 어셈블리(10)의 양단 전압 또는 셀 어셈블리(10)를 흐르는 전류를 이용하여 셀 어셈블리(10)의 고장 여부를 감지할 수 있다.Alternatively, the
상기 프로세서(400)는, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 충방전 스위치(30) 및 비상 충방전 스위치(130)와 전기적으로 각각 연결되어 충방전 스위치(30) 및 비상 충방전 스위치(130)의 동작을 각각 제어할 수 있다. As shown in the configuration of FIG. 3, the
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(400)는, 고장 감지부(200)로부터 고장 신호를 수신하는 경우 셀 어셈블리(10)와 충방전 경로(L2) 사이의 연결 관계를 끊고, 비상배터리와 충방전 경로(L2) 사이의 연결 관계를 연결할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(400)는, 고장 감지부(200)로부터 고장 신호를 수신하는 경우 충방전 스위치(30)를 OFF하여 셀 어셈블리(10)와 충방전 경로(L2) 사이의 연결 관계를 끊을 수 있다. 또한, 프로세서(400)는, 고장 감지부(200)로부터 고장 신호를 수신하는 경우 비상 충방전 스위치(130)를 ON하여 비상배터리와 충방전 경로(L2) 사이의 연결 관계를 연결할 수 있다.Preferably, the
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 배터리 팩의 불량 또는 화재 등의 고장 시에 비상배터리를 이용하여 차량의 비상 운행을 할 수 있다.Through this configuration, the battery operation device according to an embodiment of the present invention can perform emergency operation of the vehicle using the emergency battery in the event of a battery pack failure or fire, etc.
또한, 프로세서(400)는, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)와 전기적으로 각각 연결되어 제1 SOC추정부(310) 및 제2 SOC추정부(320)로부터 비상 셀 어셈블리(110) 및 셀 어셈블리(10)의 충전량을 각각 수신할 수 있다.In addition, as shown in the configuration of FIG. 4, the
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(400)는, 비상배터리의 충전량이 미리 설정된 기준 충전량 이하이면 셀 어셈블리(10)와 비상배터리 사이를 전기적으로 연결하고, 셀 어셈블리(10)의 전력을 이용하여 비상배터리를 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세서(400)는, 비상 셀 어셈블리(110)의 충전량을 주기적으로 확인할 수 있다. 또한, 프로세서(400)는, 비상 셀 어셈블리(110)의 충전량이 미리 설정된 기준 충전량 이하이면 셀 어셈블리(10)의 전력을 이용하여 비상 셀 어셈블리(110)를 충전시킬 수 있다.Preferably, the
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 비상배터리의 충전량이 일정 수준으로 유지되도록 하여 비상배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.Through this configuration, the battery operating device according to an embodiment of the present invention can extend the life of the emergency battery by maintaining the charge amount of the emergency battery at a certain level.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(400)는, 차량의 상위제어장치(90)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 주고받을 수 있다. 여기서, 상위제어장치(90)는, 차량의 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다.Preferably, the
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(400)는, 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하는 경우 차량의 상위제어장치(90)로 비상 상황 알림을 전달하고, 비상배터리의 충전량을 기초로 차량 구동 가능 시간을 연산하여 연산된 차량 구동 가능 시간을 상위제어장치(90)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(400)는, 셀 어셈블리(10)와 비상 셀 어셈블리(110)의 충전량을 운전자에게 표시할 수 있다. 또한, 프로세서(400)는, 배터리 팩에 고장이 발생하는 경우 고장 상황을 운전자에게 표시할 수 있다. 또한, 프로세서(400)는, 비상배터리의 충전량을 기초로 비상 운행이 가능한 차량 구동 가능 시간을 연산하여 운전자에게 표시할 수 있다.Preferably, the
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 장치는, 비상 상황 시에 비상 운행을 통해 운전자가 차량을 안전한 곳으로 대피 시킬 수 있다.Through this configuration, the battery operating device according to an embodiment of the present invention allows the driver to evacuate the vehicle to a safe place through emergency operation in an emergency situation.
본 발명에 따른 배터리 운용 장치는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 운용 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 배터리 운용 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 운용 장치의 프로세서(400) 및 메모리 디바이스(500)는, BMS(Battery Management System)의 구성요소로서 구현될 수 있다. The battery operating device according to the present invention can be applied to BMS. That is, the BMS according to the present invention may include the battery operating device according to the present invention described above. In this configuration, at least some of the components of the battery operating device according to the present invention can be implemented by supplementing or adding functions of the components included in the conventional BMS. For example, the
또한, 본 발명에 따른 배터리 운용 장치는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 운용 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지, 상기 배터리 운용 장치, 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.Additionally, the battery operating device according to the present invention may be provided in a battery pack. That is, the battery pack according to the present invention may include the battery operating device according to the present invention described above. Here, the battery pack may include one or more secondary batteries, the battery operating device, electrical components (equipped with a BMS, relay, fuse, etc.), and a case.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 운용 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 5에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 운용 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.Figure 5 is a flowchart schematically showing a battery operation method according to an embodiment of the present invention. In Figure 5, the subject performing each step can be said to be each component of the battery operating device according to the present invention described above.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 운용 방법은, 비상배터리 연결 단계(S100), 고장 여부 감지 단계(S110), 비상배터리 충전량 추정 단계(S120), 및 비상배터리 밸런싱 단계(S130)를 포함한다.As shown in Figure 5, the battery operation method according to the present invention includes an emergency battery connection step (S100), a failure detection step (S110), an emergency battery charge amount estimation step (S120), and an emergency battery balancing step (S130). Includes.
먼저, 상기 비상배터리 연결 단계(S100)에서는, 셀 어셈블리와 전기적으로 병렬 연결되도록 비상배터리를 연결할 수 있다. 이어서, 상기 고장 여부 감지 단계(S110)에서는, 충방전 스위치와 퓨즈로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈의 고장 여부를 감지할 수 있다. 이어서, 상기 비상배터리 충전량 추정 단계(S120)에서는, 비상배터리로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 비상배터리의 충전량을 추정할 수 있다. 이어서, 비상배터리 밸런싱 단계(S130)에서는, 고장 감지 단계에 의해 수신된 고장 신호를 기초로 셀 어셈블리 및 비상배터리와 충방전 경로 사이의 연결 관계를 제어하며, 충전량 추정 단계에 의해 추정된 비상배터리의 충전량을 기초로 셀 어셈블리와 비상배터리를 밸런싱 할 수 있다.First, in the emergency battery connection step (S100), the emergency battery can be connected so as to be electrically connected in parallel with the cell assembly. Next, in the failure detection step (S110), an electrical signal is received from the charge/discharge switch and the fuse, and whether the charge/discharge switch and the fuse is broken can be detected based on the electrical signal. Next, in the emergency battery charging amount estimation step (S120), an electrical signal may be received from the emergency battery, and the charging amount of the emergency battery may be estimated based on the electrical signal. Next, in the emergency battery balancing step (S130), the connection relationship between the cell assembly and the emergency battery and the charging and discharging path is controlled based on the failure signal received in the failure detection step, and the emergency battery estimated by the charge amount estimation step is controlled. Cell assemblies and emergency batteries can be balanced based on charge amount.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 비상배터리 밸런싱 단계(S130)에서는, 고장 신호를 수신하는 경우 셀 어셈블리와 충방전 경로 사이의 연결 관계를 끊고, 비상배터리와 충방전 경로 사이의 연결 관계를 연결할 수 있다.Preferably, in the emergency battery balancing step (S130) according to an embodiment of the present invention, when a failure signal is received, the connection between the cell assembly and the charging and discharging path is severed, and the connection between the emergency battery and the charging and discharging path is disconnected. Relationships can be connected.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 비상배터리 밸런싱 단계(S130)에서는, 비상배터리의 충전량이 미리 설정된 기준 충전량 이하이면 셀 어셈블리와 비상배터리 사이를 전기적으로 연결하고 셀 어셈블리의 전력을 이용하여 비상배터리를 충전할 수 있다.Preferably, in the emergency battery balancing step (S130) according to an embodiment of the present invention, if the charge amount of the emergency battery is less than a preset standard charge amount, the cell assembly and the emergency battery are electrically connected and the power of the cell assembly is used. This allows you to charge the emergency battery.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 비상배터리 밸런싱 단계(S130)에서는, 고장 신호를 수신하는 경우 차량의 상위제어장치로 비상 상황 알림을 전달하고, 비상배터리의 충전량을 기초로 차량 구동 가능 시간을 연산하여 연산된 차량 구동 가능 시간을 상위제어장치로 전달할 수 있다.Preferably, in the emergency battery balancing step (S130) according to an embodiment of the present invention, when a failure signal is received, an emergency situation notification is transmitted to the upper control device of the vehicle, and the vehicle is driven based on the charge amount of the emergency battery. By calculating the available time, the calculated vehicle driveable time can be transmitted to the upper control device.
또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 프로세서는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리 장치에 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있다.Additionally, when the control logic is implemented as software, the processor may be implemented as a set of program modules. At this time, the program module may be stored in the memory device and executed by the processor.
또한, 프로세서의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록 매체는, ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.In addition, at least one of the various control logics of the processor is combined, and the types of the combined control logic are not particularly limited as long as they are written in a computer-readable code system and can be accessed in a computer-readable manner. As an example, the recording medium includes at least one selected from the group including ROM, RAM, register, CD-ROM, magnetic tape, hard disk, floppy disk, and optical data recording device. Additionally, the code system can be distributed, stored and executed on computers connected to a network. Additionally, functional programs, codes, and segments for implementing the combined control logics can be easily deduced by programmers in the technical field to which the present invention pertains.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the patent claims to be described.
한편, 본 명세서에서 'SOC추정부' 및 '고장 감지부' 등과 같이 '부'와 같은 용어가 사용되었으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.Meanwhile, in this specification, terms such as 'part' such as 'SOC estimation unit' and 'fault detection unit' are used, but this refers to a logical structural unit, and is a component that can or must be physically separated. It is obvious to those skilled in the art that it does not represent an element.
1: 배터리 운용 장치
10: 셀 어셈블리
13: 제2 전압 측정부
15: 제2 온도 측정부
17: 제2 전류 측정부
20: 전류 센서
30: 충방전 스위치
50: 퓨즈
70: 차량
90: 상위제어장치
100: 비상배터리
110: 비상 셀 어셈블리
113: 제1 전압 측정부
115: 제1 온도 측정부
117: 제1 전류 측정부
120: 전류 센서
200: 고장 감지부
300: SOC추정부
310: 제1 SOC추정부
320: 제2 SOC추정부
400: 프로세서
500: 메모리 디바이스
L: 메인 경로
L1: 비상 충방전 경로
L2: 충방전 경로
P: 배터리 팩1: Battery operating device
10: Cell assembly
13: Second voltage measuring unit
15: Second temperature measuring unit
17: Second current measuring unit
20: current sensor
30: charge/discharge switch
50: fuse
70: vehicle
90: Upper control device
100: Emergency battery
110: Emergency cell assembly
113: First voltage measuring unit
115: First temperature measuring unit
117: First current measuring unit
120: current sensor
200: Failure detection unit
300: SOC estimation unit
310: First SOC estimation unit
320: Second SOC estimation unit
400: Processor
500: memory device
L: main path
L1: Emergency charge/discharge path
L2: charge/discharge path
P: Battery pack
Claims (10)
상기 충방전 경로와 병렬 연결될 수 있도록 구성된 비상 충방전 경로;
상기 비상 충방전 경로 상에 위치하여 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 병렬 연결되도록 구성된 비상배터리;
상기 충방전 스위치 및 상기 퓨즈와 전기적으로 연결되어, 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈의 고장 여부를 감지하도록 구성된 고장 감지부;
상기 비상배터리와 전기적으로 연결되어, 상기 비상배터리로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 비상배터리의 충전량을 추정하도록 구성된 SOC추정부; 및
상기 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하고, 상기 고장 신호를 기초로 상기 셀 어셈블리 및 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 제어하며, 상기 SOC추정부로부터 상기 비상배터리의 충전량을 수신하여 상기 충전량을 기초로 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리를 밸런싱 하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하는 경우 차량의 상위제어장치로 비상 상황 알림을 전달하고, 상기 비상배터리의 충전량을 기초로 차량 구동 가능 시간을 연산하여 연산된 차량 구동 가능 시간을 상기 상위제어장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 운용 장치.
In a device that operates a battery with a charge/discharge switch and a fuse on a charge/discharge path that supplies charge/discharge current to the cell assembly,
an emergency charge/discharge path configured to be connected in parallel with the charge/discharge path;
an emergency battery located on the emergency charge/discharge path and configured to be electrically connected in parallel with the cell assembly;
A failure detection unit electrically connected to the charge/discharge switch and the fuse, receiving an electrical signal from the charge/discharge switch and the fuse, and configured to detect whether the charge/discharge switch and the fuse are broken based on the electrical signal. ;
an SOC estimator electrically connected to the emergency battery, configured to receive an electrical signal from the emergency battery and estimate a charge amount of the emergency battery based on the electrical signal; and
Receives a failure signal from the failure detection unit, controls the connection relationship between the cell assembly and the emergency battery and the charge/discharge path based on the failure signal, and receives the charge amount of the emergency battery from the SOC estimator. A processor configured to balance the cell assembly and the emergency battery based on the charge amount,
When receiving a failure signal from the failure detection unit, the processor transmits an emergency situation notification to the upper control device of the vehicle, calculates the vehicle driveable time based on the charge amount of the emergency battery, and calculates the vehicle driveable time based on the calculated vehicle driveable time. A battery operating device characterized in that it transmits data to the upper control device.
상기 프로세서는, 상기 고장 감지부로부터 고장 신호를 수신하는 경우 상기 셀 어셈블리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 끊고, 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 운용 장치.
According to paragraph 1,
The processor, when receiving a failure signal from the failure detection unit, is configured to disconnect the connection between the cell assembly and the charging and discharging path, and connect the connection between the emergency battery and the charging and discharging path. Battery operated device.
상기 프로세서는, 상기 비상배터리의 충전량이 미리 설정된 기준 충전량 이하이면 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리 사이를 전기적으로 연결하고, 상기 셀 어셈블리의 전력을 이용하여 상기 비상배터리를 충전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 운용 장치.
According to paragraph 2,
The processor is configured to electrically connect the cell assembly and the emergency battery when the charge level of the emergency battery is less than a preset standard charge amount, and to charge the emergency battery using power of the cell assembly. Operating device.
A BMS including the battery operating device according to any one of claims 1 to 3.
A battery pack including the battery operating device according to any one of claims 1 to 3.
상기 셀 어셈블리와 전기적으로 병렬 연결되도록 비상배터리를 연결하는 단계;
상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈의 고장 여부를 감지하는 단계;
상기 비상배터리로부터 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 비상배터리의 충전량을 추정하는 단계; 및
상기 고장 감지 단계에 의해 감지된 고장 신호를 수신하고, 수신된 고장 신호를 기초로 상기 셀 어셈블리 및 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 제어하며, 상기 충전량 추정 단계에 의해 추정된 상기 비상배터리의 충전량을 기초로 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리를 밸런싱 하는 단계를 포함하고,
상기 비상배터리 밸런싱 단계는, 상기 고장 신호를 수신하는 경우 차량의 상위제어장치로 비상 상황 알림을 전달하고, 상기 비상배터리의 충전량을 기초로 차량 구동 가능 시간을 연산하여 연산된 차량 구동 가능 시간을 상기 상위제어장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 운용 방법.
In a method of operating a battery with a charge/discharge switch and a fuse on a charge/discharge path that supplies charge/discharge current to the cell assembly,
Connecting an emergency battery to be electrically connected in parallel with the cell assembly;
Receiving an electrical signal from the charge/discharge switch and the fuse, and detecting whether the charge/discharge switch and the fuse are broken based on the electrical signal;
Receiving an electrical signal from the emergency battery and estimating the amount of charge of the emergency battery based on the electrical signal; and
Receive a failure signal detected by the failure detection step, control the connection relationship between the cell assembly and the emergency battery and the charge/discharge path based on the received failure signal, and control the connection relationship between the charge and discharge path estimated by the charge amount estimation step. Comprising the step of balancing the cell assembly and the emergency battery based on the charge amount of the emergency battery,
In the emergency battery balancing step, when receiving the failure signal, an emergency situation notification is transmitted to the upper control device of the vehicle, and the vehicle drivable time is calculated based on the charge amount of the emergency battery, and the calculated vehicle drivable time is calculated. A battery operation method characterized by transmitting to a higher level control device.
상기 비상배터리 밸런싱 단계는, 상기 고장 신호를 수신하는 경우 상기 셀 어셈블리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 끊고, 상기 비상배터리와 상기 충방전 경로 사이의 연결 관계를 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 운용 방법.
In clause 7,
The emergency battery balancing step, when receiving the failure signal, disconnects the connection between the cell assembly and the charging and discharging path, and connects the connection between the emergency battery and the charging and discharging path. Battery operation, characterized in that method.
상기 비상배터리 밸런싱 단계는, 상기 비상배터리의 충전량이 미리 설정된 기준 충전량 이하이면 상기 셀 어셈블리와 상기 비상배터리 사이를 전기적으로 연결하고 상기 셀 어셈블리의 전력을 이용하여 상기 비상배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 운용 방법.
According to clause 8,
In the emergency battery balancing step, if the charge amount of the emergency battery is less than a preset standard charge amount, electrically connecting the cell assembly and the emergency battery and charging the emergency battery using the power of the cell assembly. How to operate the battery.
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Publications (2)
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