KR20130083528A - Safety control system of battery - Google Patents

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KR20130083528A KR1020120004150A KR20120004150A KR20130083528A KR 20130083528 A KR20130083528 A KR 20130083528A KR 1020120004150 A KR1020120004150 A KR 1020120004150A KR 20120004150 A KR20120004150 A KR 20120004150A KR 20130083528 A KR20130083528 A KR 20130083528A
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Abstract

PURPOSE: A battery safety control system and a control method thereof are provided to cut off a circuit current safely, by applying a runaway arresting device (RAD) switch when a battery pack is expanded. CONSTITUTION: A battery pack (110) has an anode terminal and a cathode terminal. A relay part is connected to the anode terminal or the cathode terminal respectively. A battery controller (160) measures the state of the battery pack. A relay protection part is serially connected to the relay part. The relay protection part is constituted with a contactless switch (170). [Reference numerals] (110) Battery pack; (120) First main relay; (130) Second main relay; (140) Pre-charge relay; (150) Inverter circuit; (160) Battery controller (BMS); (170) Contactless switch; (180) RAD switch

Description

배터리 안전 제어 시스템 및 그 제어 방법{SAFETY CONTROL SYSTEM OF BATTERY}[0001] SAFETY CONTROL SYSTEM OF BATTERY [0002]

본 발명은 배터리 안전 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 팩과 제1 메인 릴레이 혹은 제2 메인 릴레이 사이에 무접점 스위치를 직렬로 추가하여 차량 제어기 또는 배터리 제어기의 비정상적인 작동으로 인한 제1, 제2 메인 릴레이의 작동 중 발생되는 과도 전류로 인한 제1, 제2 메인 릴레이의 융착을 방지하고, 배터리 팩의 충전 상태에 따라 배터리 팩의 출력 전류량을 조절하고, 이러한 회로 구조에 과충전, 열노출 등 배터리 팩의 비정상적인 상태로 인해 배터리 팩에 팽창이 발생되고, 그 팽창 정도가 설정값에 도달하는 경우에 작동되는 배터리 RAD(Runaway Arresting Device) 스위치의 작동부에 무접점 스위치를 추가 적용하여 배터리 팩 및 인버터 회로 사이의 회로 전류를 차단하는 배터리 안전 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery safety control system and a method thereof, and more particularly to a battery safety control system and method thereof, It is possible to prevent fusion of the first and second main relays due to transient currents generated during operation of the first and second main relays, to adjust the output current amount of the battery pack according to the charged state of the battery pack, A contactless switch is added to the operating part of the battery runaway arresting device (RAD) switch, which is activated when the battery pack is inflated due to abnormality of the battery pack, such as heat exposure, and the degree of expansion reaches the set value To a battery safety control system for blocking circuit current between a battery pack and an inverter circuit, and a control method thereof Will.

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. 하이브리드 전기 차량(HEV)은 배터리와 전기 모터를 사용하여 움직이는 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)에서 파생된 것이다.Generally, a hybrid vehicle in a broad sense means to drive a vehicle by efficiently combining two or more kinds of power sources. In most cases, an engine that obtains a rotational force by burning fuel (fossil fuel such as gasoline) And is generally called a hybrid electric vehicle (HEV). A hybrid electric vehicle (HEV) is derived from an electric vehicle (EV) that uses batteries and electric motors.

이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기 모터를 보조 동력원으로 채택하여 연비 향상 및 배기 가스 저감을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 연비를 개선하고 환경 친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.Such a hybrid vehicle is a future type vehicle that can improve fuel economy and reduce exhaust gas by adopting an electric motor as an auxiliary power source as well as an engine. In response to the request of the times, it is necessary to develop fuel economy and environmentally friendly products, .

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.Hybrid vehicles are widely used in passenger cars because they can use mechanical energy of the engine and electric energy of the battery at the same time and can use the energy efficiently because the hybrid vehicle can form various structures by using the engine and the electric motor as power sources.

한국 특허 등록 10-0559398은 전력 반도체 제어를 통해서 전류를 제어하고, 일반 릴레이를 사용하여 파워 디스커넥팅 유닛의 제작 가격을 낮추고 수명을 길게 할 수 있는 하이브리드 차량용 동력 연결 제어 장치에 관한 것으로, 하이브리드 차량의 고전압 전원부와 인버터 사이에서 전기를 단속하여 주는 제1 메인 릴레이와 제2 메인 릴레이를 갖는 파워 디스커넥팅 유닛; 파워 디스커넥팅 유닛 내에서 인버터쪽의 캐패시터가 초기에 충전되어져 있지 않을 때 충전하는 기능을 하는 프리차지 릴레이와 저항을 제거하고 그 위치에 회로 구성되는 전력 반도체; 전력 반도체의 제어를 통해 고전압 전원부와 인버터 사이의 전류량을 단속적으로 조절하는 제어부를 포함하여 구성한다.Korean Patent Registration No. 10-0559398 relates to a power connection control device for a hybrid vehicle that controls a current through a power semiconductor control and uses a general relay to reduce the manufacturing cost of the power disconnection unit and prolong its service life. A power disconnection unit having a first main relay and a second main relay for interrupting electricity between the high voltage power supply unit and the inverter; A power semiconductor in the power disconnection unit, the pre-charge relay functioning to charge when the capacitor on the inverter side is not initially charged; And a controller for intermittently adjusting an amount of current between the high voltage power source and the inverter through the control of the power semiconductor.

하이브리드 차량은 2차 전지 등의 직류 전원으로부터의 전력에 의해 전기 모터를 구동하는 구성을 갖는다. 그 경우, 직류 전원으로부터의 전력으로 전기 모터를 직접 구동하는 구성인 것은 드물고, 직류 전원으로부터의 전력을 인버터에 공급하고, 이 인버터에 의해 전기 모터에 공급되어야 할 교류 전력 또는 직류 전력을 생성하도록 한다. 인버터를 사용함에 의해, 그 인버터에서의 스위칭 제어에 의해, 전기 모터의 회전수나 출력 토크의 제어를 행할 수 있다. 하이브리드 차량의 경우, 직류 전원으로서는, 예를 들면 리튬 이온 2차 전지의 배터리 팩이 사용되고, 배터리 팩으로서의 단자 사이 전압은, 예를 들면 288V이다.The hybrid vehicle has a configuration for driving an electric motor by electric power from a DC power source such as a secondary battery. In such a case, it is rare that the electric motor is directly driven by the electric power from the direct current power source, and electric power from the direct current electric power source is supplied to the inverter to generate alternating electric power or direct electric power to be supplied to the electric motor by the inverter . By using an inverter, it is possible to control the number of revolutions and output torque of the electric motor by switching control in the inverter. In the case of a hybrid vehicle, for example, a battery pack of a lithium ion secondary battery is used as a direct current power source, and a voltage between terminals as a battery pack is, for example, 288V.

하이브리드 차량으로서의 용도의 경우, 예를 들면 170V 이상의 전압이며 게다가 대전류를 흘릴 수 있는 직류 전원을 사용하기 때문에, 보안, 전기적 안전 등을 위해, 이 직류 전원의 정측 및 부측 각각의 전원 라인에 릴레이 접점을 삽입하고, 직류 전원을 사용하지 않을 때에는, 인버터 등의 부하 회로측에서 직류 전원을 완전히 분리하도록 한다. 또한, 전기 모터 구동 등의 용도에서는, 부하의 변동이 현저하며 그에 수반하여 인버터 등의 부하 회로에의 입력 전압이 크게 변동하기 때문에, 그것을 경감하기 위해 부하 회로의 입력측에 있어서, 전원 라인의 정부간에, 평활용의 대용량 캐패시터가 마련되어 있다.In the case of use as a hybrid vehicle, for example, a DC power source capable of flowing a large current with a voltage of 170 V or more is used. Therefore, for security and electrical safety, a relay contact is connected to each power line of the DC power source When the DC power supply is not used, the DC power supply should be completely disconnected from the load circuit side of the inverter or the like. Further, in applications such as electric motor driving, fluctuations in load are remarkable and the input voltage to a load circuit such as an inverter largely fluctuates accordingly. Therefore, in order to reduce the input voltage, , And a large-capacity capacitor for flattening is provided.

제1, 제2 메인 릴레이의 접점이 모두 도통된 상태로 한 때의 캐패시터에 큰 돌입(突入) 전류가 흐르고, 이들 메인 릴레이의 접점이 융착, 즉, 고착할 우려가 있다. 그와 같은 융착이 발생한다면 그 릴레이 접점은 다시는 차단 상태로는 천이하지 않게 되어, 릴레이로서의 기능을 잃어버리게 된다. 이 경우 인버터의 부하회로 측에서 전원을 완전하게 분리하지 못하는 문제가 발생되고 이로 인해 감전 등에 의한 인체상해 및 배터리의 과반응에 의한 화재사고가 발생될 우려가 있다. 물론, 부하 회로 자체의 전기적 특성에 의해서는, 특히 캐패시터를 마련하지 않는 경우라도, 릴레이의 접점을 융착시키는 큰 돌입 전류가 흐르는 일이 있다.There is a fear that a large rush current flows in the capacitor when the contacts of the first and second main relays are all turned on and the contacts of these main relays are fused or fixed. If such fusion occurs, the relay contact will not transition to the blocking state again, and the relay function will be lost. In this case, there is a problem that the power source can not be completely disconnected from the load circuit side of the inverter, which may cause a human injury due to electric shock or a fire accident due to excessive reaction of the battery. Of course, depending on the electrical characteristics of the load circuit itself, there may be a large inrush current flowing to fuse the contacts of the relay even when a capacitor is not particularly provided.

그래서 프리차지 저항과 프리차지 릴레이가 직렬로 연결되어 구성되는 과전류 방지 회로부가 제1 메인 릴레이와 병렬로 연결되는 회로를 마련하고, 릴레이의 접점의 융착을 방지할 수 있도록 한다. 즉, 차단 상태로부터 부하 회로에 전력을 공급하는 경우에는, 우선 부측의 제2 메인 릴레이를 온 상태로 하고, 다음에, 프리차지 릴레이를 온 상태로 한다. 그 결과, 캐패시터에 충전 전류는 프리차지 저항을 통하여 흐르게 되고, 캐패시터는 서서히 충전된다. 그 후, 정측의 제1 메인 릴레이를 온 상태로 하고, 그것에 뒤이어서 프리차지 릴레이를 오프 상태로 함에 의해, 큰 돌입 전류의 발생 없이 제1, 제2 메인 릴레이를 통하여 배터리 팩으로부터 부하 회로에 전력이 공급되게 된다.Therefore, a circuit in which the overcurrent prevention circuit portion in which the precharge resistor and the precharge relay are connected in series is connected in parallel with the first main relay is provided, so that the fusion of the contacts of the relay can be prevented. That is, when power is supplied to the load circuit from the cutoff state, the second main relay at the first side is first turned on, and then the precharge relay is turned on. As a result, the charging current flows to the capacitor through the pre-charge resistor, and the capacitor gradually charges. Thereafter, by turning on the first main relay on the positive side and then turning off the precharge relay, power is supplied from the battery pack to the load circuit through the first and second main relays without generating a large inrush current .

상술한 바와 같이, 캐패시터는 부하의 급격한 전력 변동시 대응을 위해 배터리 팩과 부하 회로 사이에서 적절히 충방전되면서 완충 역할을 하는 구성이다.As described above, the capacitor is appropriately charged and discharged between the battery pack and the load circuit to cope with abrupt power fluctuation of the load, and functions as a buffer.

그러나, 프리차지 릴레이를 마련하였다고 하여도, 하이브리드 차량제어기, 모터인버터제어기, 배터리제어기 등의 비정상적인 제어동작이나 메인릴레이의 접점 노화 등으로 인하여 여전히 릴레이 접점의 융착이 일어날 가능성이 남아 있다.
However, even if the precharge relay is provided, there is still a possibility that fusion of the relay contacts may occur due to abnormal control operations of the hybrid vehicle controller, the motor inverter controller, the battery controller, and the aging of the contacts of the main relay.

한국 특허 등록 [10-0559398]Korean Patent Registration [10-0559398]

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 팩과 제1 메인 릴레이 혹은 제2 메인 릴레이 사이에 무접점 스위치를 직렬로 추가하여 차량제어기 또는 배터리제어기의 비정상적인 작동으로 인한 제1, 제2 메인 릴레이의 작동 중 발생되는 과도전류로 인한 제1, 제2 메인 릴레이의 융착을 방지하고, 배터리 팩의 충전 상태에 따라 배터리 팩의 출력 전류량을 조절하고, 이러한 회로 구조에 과충전, 열노출 등 배터리 팩의 비정상적인 상태로 인해 배터리 팩에 팽창이 발생되고, 그 팽창 정도가 설정값에 도달하는 경우에 작동되는 배터리 RAD(Runaway Arresting Device) 스위치의 작동부에 무접점스위치를 추가 적용하여 배터리 팩 및 인버터 회로 사이의 회로 전류를 차단하는 배터리 안전 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to overcome the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a battery pack in which a first switch or a second switch is connected in series between a battery pack and a first main relay or a second main relay, , The first and second main relays are prevented from fusing due to the transient current generated during the operation of the second main relay, the amount of output current of the battery pack is adjusted according to the state of charge of the battery pack, A non-contact switch is additionally applied to the operation part of a battery runaway arrangement device (RAD), which is operated when an expansion of the battery pack occurs due to an abnormal state of the battery pack such as an exposure and the degree of expansion reaches a set value, A battery safety control system for blocking a circuit current between a pack and an inverter circuit, and a control method thereof It is enemy.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은, 양극 단자 및 음극 단자를 갖는 배터리 팩; 상기 배터리 팩의 양극 단자 또는 음극 단자와 각각 연결된 릴레이부; 상기 배터리 팩의 상태를 측정하는 배터리 제어기; 상기 릴레이부와 직렬로 연결되어 상기 배터리 제어기의 제어에 의하여 동작되는 무접점 스위치로 구성되는 릴레이 보호부;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a battery safety control system including: a battery pack having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal; A relay unit connected to the positive terminal or the negative terminal of the battery pack, respectively; A battery controller for measuring a state of the battery pack; And a relay protection unit connected in series with the relay unit and configured by a non-contact switch operated under the control of the battery controller.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은 상기 배터리 팩에 부착되어 상기 배터리 팩에서 설정값 이상의 변위가 발생하면 작동되고, 상기 배터리 제어기에 연결되며, 상기 무접점 스위치의 제어용 단자를 통해 상기 무접점 스위치와 연동하는 RAD 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the battery safety control system according to an embodiment of the present invention is operated when a displacement greater than a predetermined value is generated in the battery pack attached to the battery pack, connected to the battery controller, and connected to the control terminal of the non- And a RAD switch interlocked with the non-contact switch through the switch.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템에서 상기 배터리 팩의 충전 상태가 로우(Low) 상태인 경우, 상기 배터리 제어기는 상기 무접점 스위치의 동작을 제어하여 상기 배터리 팩에서 부하에 공급되는 전류량을 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, in the battery safety control system according to an embodiment of the present invention, when the battery pack is in a low state, the battery controller controls the operation of the contactless switch to supply the load to the battery pack Is controlled by controlling the amount of current flowing through the transistor.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템에서 상기 배터리 팩의 충전 상태가 과충전 상태인 경우 혹은 상기 배터리 팩에서 설정값 이상의 변위가 발생한 경우, 상기 RAD 스위치가 작동되고, 상기 RAD 스위치와 연동되는 상기 무접점 스위치 또한 작동되어 상기 배터리 팩 및 부하 사이의 회로 전류를 차단하는 것을 특징으로 한다.In the battery safety control system according to an embodiment of the present invention, when the charged state of the battery pack is overcharged, or when a displacement greater than a set value occurs in the battery pack, the RAD switch is operated, And the non-contact switch to be interlocked is also operated to interrupt the circuit current between the battery pack and the load.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템에서 상기 무접점 스위치는 IGBT 및 FET를 포함하는 전자 제어 소자로 구현되는 것을 특징으로 한다.In the battery safety control system according to an embodiment of the present invention, the non-contact switch is implemented as an electronic control device including an IGBT and an FET.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 방법은 상기 배터리 팩의 충전 상태가 로우(Low)상태인 경우, 상기 배터리 제어기가 상기 무접점 스위치의 동작을 제어하는 단계; 상기 무접점 스위치가 작동되어 상기 배터리 팩에서 부하로 공급되는 전류량이 조절되는 단계;를 포함한다.Further, a battery safety control method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: the battery controller controlling an operation of the contactless switch when a state of charge of the battery pack is low; And the amount of current supplied from the battery pack to the load is controlled by operating the contactless switch.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 방법은 상기 배터리 팩의 충전 상태가 과충전 상태인 경우 혹은 상기 배터리 팩에서 설정값 이상의 변위가 발생한 경우, 상기 RAD 스위치가 작동되는 단계; 상기 RAD 스위치와 연동되어 상기 무접점 스위치가 작동되는 단계; 상기 무접점 스위치가 작동되어 상기 배터리 팩 및 부하 사이의 회로 전류가 차단되는 단계;를 포함한다.Also, the battery safety control method according to an embodiment of the present invention may include a step of activating the RAD switch when the charged state of the battery pack is in an overcharged state or when a displacement greater than a set value occurs in the battery pack; Operating the contactless switch in cooperation with the RAD switch; And the contactless switch is actuated to interrupt a circuit current between the battery pack and the load.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 방법은 상기 배터리 제어기가 온(ON) 되는 단계; 상기 배터리 제어기에 의해 추정된 상기 배터리 팩의 상태가 정상인 경우 상기 릴레이부가 온(ON) 되는 단계; 상기 릴레이 보호부의 상기 무접점 스위치가 온(ON) 되는 단계;를 포함한다.In addition, a battery safety control method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: turning on the battery controller; Turning on the relay unit when the state of the battery pack estimated by the battery controller is normal; And turning on the non-contact switch of the relay protection unit.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 방법은 상기 배터리 팩 및 부하 사이 전류를 차단하고자 할 때, 제어기가 오프되는 단계; 상기 릴레이 보호부의 상기 무접점 스위치가 오프(OFF)되는 단계; 상기 릴레이부가 오프(OFF)되는 단계;를 포함한다.
Also, a method for controlling safety of a battery according to an embodiment of the present invention includes: turning off a controller when a current is interrupted between the battery pack and a load; Turning off the non-contact switch of the relay protection unit; And turning off the relay unit.

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 배터리 팩과 제1 메인 릴레이 혹은 제2 메인 릴레이 사이에 무접점 스위치를 직렬로 추가하여 차량제어기 또는 배터리제어기의 비정상적인 작동으로 인한 제1, 제2 메인 릴레이의 작동 중 발생되는 과도전류로 인한 제1, 제2 메인 릴레이의 융착을 방지하고, 배터리 팩의 충전 상태에 따라 배터리 팩의 출력 전류량을 조절하고, 이러한 회로 구조에 배터리 팩의 비정상적인 상태로 인해 배터리 팩에 팽창이 발생되고, 그 팽창 정도가 설정값에 도달하는 경우에 작동되는 배터리 RAD 스위치를 추가 적용하여 배터리 팩 및 인버터 회로 사이의 회로 전류를 안전하게 차단할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
According to the battery safety control system and the control method therefor according to an embodiment of the present invention, a non-contact switch is added in series between the battery pack and the first main relay or the second main relay to perform abnormal operation of the vehicle controller or the battery controller It is possible to prevent fusion of the first and second main relays due to the transient current generated during the operation of the first and second main relays due to the first and second main relays and to adjust the output current amount of the battery pack according to the charging state of the battery pack, An effect that the circuit current between the battery pack and the inverter circuit can be safely cut off by applying the battery RAD switch operated when the battery pack is inflated due to an abnormal state of the battery pack and the degree of expansion reaches the set value Can be obtained.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 구성을 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 흐름을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 흐름을 도시한 순서도.1 is a block diagram showing the configuration of a battery safety control system according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram showing a configuration of a battery safety control system according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart showing a flow of a battery safety control system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart showing a flow of a battery safety control system according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a battery safety control system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(110), 무접점 스위치(170), 제1 메인 릴레이(120), 제2 메인 릴레이(130), 프리차지 릴레이(140), 인버터 회로(150), 배터리 제어기(160), RAD 스위치(180) 등을 포함할 수 있다. 1, a battery safety control system according to an embodiment of the present invention includes a battery pack 110, a non-contact switch 170, a first main relay 120, a second main relay 130, A precharge relay 140, an inverter circuit 150, a battery controller 160, a RAD switch 180, and the like.

상기 배터리 제어기(160)는 차량의 시동 명령을 받아 동작하고 상기 배터리 팩(110)의 충전 상태를 측정한다. The battery controller 160 operates based on a start command of the vehicle and measures a state of charge of the battery pack 110.

상기 RAD 스위치(180)는 상기 배터리 팩(110)에 부착되어 상기 배터리 팩(110)에서 설정값 이상의 변위가 발생하면 작동된다. 상기 RAD 스위치(180)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 제어기(160)에 연결되며, 상기 무접점 스위치(170)의 제어용 단자를 통해 상기 무접점 스위치(170)와 연동할 수 있다.The RAD switch 180 is attached to the battery pack 110 and operates when a displacement of the battery pack 110 is greater than a predetermined value. 1, the RAD switch 180 is connected to the battery controller 160 and can be interlocked with the non-contact switch 170 through a control terminal of the non-contact switch 170.

상기 RAD 스위치(180)는 상기 배터리 팩(110)의 비정상적인 상태, 예를 들어, 과충전, 단락, 역접속, 및 열노출 등으로 인해 상기 배터리 팩(110)에 팽창이 발생되고, 그 팽창 정도가 설정값에 도달하는 경우에 작동된다. 즉, 상기 RAD 스위치(180)는 상기 배터리 팩(110)의 물리적인 변위를 감지하고 온 상태에서 오프 상태로 전환된다. 상기 RAD 스위치(180)는 본 출원인이 이전에 출원한 내용이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. The RAD switch 180 may be configured such that the battery pack 110 is inflated due to an abnormal state of the battery pack 110, for example, overcharge, short circuit, reverse connection, It is activated when the set value is reached. That is, the RAD switch 180 senses the physical displacement of the battery pack 110 and is switched from the on state to the off state. Since the RAD switch 180 has been previously filed by the present applicant, a detailed description thereof will be omitted.

상기 RAD 스위치(180)의 오프 상태로의 전환은 인출선을 통해 상기 무접점 스위치(170)의 제어용 단자에 전달된다. 이에, 상기 무접점 스위치(170) 역시 상기 RAD 스위치(180)와 마찬가지로 온 상태에서 오프 상태로 전환된다. 상기 무접점 스위치(170)가 오프되면 무순간 단전된다. 상기 배터리 팩(110)에 과부하(과전류)가 걸리는 경우에는 상기 무접점 스위치(170)로 무순간 단전 상태로 바꾸어 상기 제1 메인 릴레이(120)나 상기 제2 메인 릴레이(130)의 손상을 방지한다. The switch to the OFF state of the RAD switch 180 is transmitted to the control terminal of the non-contact switch 170 through the lead wire. Accordingly, the solid state switch 170 is also switched from the on state to the off state, like the RAD switch 180. When the non-contact switch 170 is turned off, the non-contact switch 170 is turned off momentarily. When the battery pack 110 is overloaded (overcurrent), the non-contact switch 170 is turned to a non-instantaneous state to prevent damage to the first main relay 120 and the second main relay 130 do.

요컨대, 상기 배터리 팩(110)에서 설정값 이상의 변위가 발생한 경우, 상기 RAD 스위치(180)가 작동되고, 상기 RAD 스위치(180)와 연동되는 상기 무접점 스위치(170) 또한 작동되어 상기 배터리 팩(110) 및 상기 인버터 회로(150) 사이의 회로 전류를 차단할 수 있다. That is, when the battery pack 110 is displaced by a predetermined amount or more, the RAD switch 180 is activated and the non-contact switch 170, which is interlocked with the RAD switch 180, 110) and the inverter circuit (150).

이렇게 하여, 상기 제1 메인 릴레이(120), 상기 제2 메인 릴레이(130), 및 상기 프리차지 릴레이(140)가 이상 전류 등에 인한 비정상적인 상태에서 융착되는 것을 방지함은 물론 상기 배터리 팩(110)의 누설 전류를 차단할 수 있다.In this way, the first main relay 120, the second main relay 130, and the precharge relay 140 are prevented from being fused in an abnormal state due to an abnormal current, It is possible to cut off the leakage current.

상기 무접점 스위치(170)는 전자 릴레이와 같이 접점에 의하여 회로를 개폐하는 것이 아니고, 반도체 소자로서 회로를 개폐하는 릴레이이다. 상기 무접점 스위치(170)는 IGBT(insulated-gate bipolar transistor) 및 FET를 포함하는 전자 제어 소자로 구현될 수 있다. The non-contact switch 170 is a relay that opens and closes a circuit as a semiconductor element instead of opening and closing the circuit by a contact like an electronic relay. The non-contact switch 170 may be implemented as an electronic control device including an insulated-gate bipolar transistor (IGBT) and a FET.

상기 IGBT는 낮은 포화 전압을 가지고 아주 높은 입력 저항을 갖는다. 이에, 상기 IGBT는 고전압 스위칭에 응용될 수 있다. 상기 IGBT는 기생 트랜지스터를 생성하고, 고유의 기생 저항을 갖게 된다. 이러한 기생 성분들은 정상 동작 동안은 영향이 없다. 그러나 어떤 조건에서 최대 컬렉터 전류를 초과하게 되면, 기생 트랜지스터가 온으로 전환될 수 있다. 만일 기생 트랜지스터가 온으로 전환되면 래치 업 조건을 발생할 수 있는 기생 사이리스터를 형성한다. 래치 업에서는, 상기 IGBT가 온 상태를 유지할 것이다. The IGBT has a low saturation voltage and a very high input resistance. Therefore, the IGBT can be applied to high voltage switching. The IGBT generates a parasitic transistor and has inherent parasitic resistance. These parasitic components are not affected during normal operation. However, if the maximum collector current is exceeded under certain conditions, the parasitic transistor can be turned on. If the parasitic transistor turns on, it forms a parasitic thyristor that can generate a latch-up condition. In latch-up, the IGBT will remain on.

또한, 상기 배터리 안전 제어 시스템은 상기 RAD 스위치(180)를 제외하고 상기 무접점 스위치(170)만 부가하여 구성할 수 있다. 이에, 상기 배터리 팩(110)은 자신의 현재 충전 상태를 판단하여 상기 인버터 회로(150)로의 출력 전류를 제한할 수 있다. Also, the battery safety control system may be constructed by adding only the non-contact switch 170, except for the RAD switch 180. [ Accordingly, the battery pack 110 can determine the current charging state of the battery pack 110 and limit the output current to the inverter circuit 150.

요컨대, 상기 배터리 팩(110)의 충전 상태가 로우 상태인 경우, 상기 배터리 제어기(160)는 상기 무접점 스위치(170)의 동작을 제어하여 상기 배터리 팩(110)에서 상기 인버터 회로(150)에 공급되는 전류량을 제어할 수 있다. 이렇게 하여, 상기 인버터 회로(150)가 상기 배터리 팩(110)으로부터 과도하게 전류를 끄집어내는 것을 막을 수 있다. That is, when the state of charge of the battery pack 110 is low, the battery controller 160 controls the operation of the contactless switch 170 so that the battery pack 110 is supplied with power from the battery pack 110 to the inverter circuit 150 The amount of supplied current can be controlled. In this way, it is possible to prevent the inverter circuit 150 from extracting excessive current from the battery pack 110.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 구성을 도시한 회로도이다. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a battery safety control system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 안전 제어 시스템은 상기 배터리 팩(110)과 상기 인버터 회로(150) 사이에 있는 기존 상기 제1 메인 릴레이(120), 상기 제2 메인 릴레이(130), 상기 프리차지 릴레이(140)가 포함되어 구성되는 릴레이부의 회로 구조에 상기 무접점 스위치(170)로 구성되는 릴레이 보호부를 추가하여 상기 제1 메인 릴레이(120), 상기 제2 메인 릴레이(130), 및 상기 프리차지 릴레이(140)가 이상 전류 등에 인한 비정상적인 상태에서 융착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 여기에 상기 RAD 스위치(180)를 더 부가하여 상기 배터리 팩(110)의 현재 충전 상태에 따라 상기 인버터 회로(150)로의 출력 전류를 제한하는 능동적 제어 시스템으로 구현할 수 있다. 기존의 배터리 팩은 차량 시스템에 대하여 수동적인 역할로 인해 배터리 과사용 등을 조절하지 못하였다. 2, the battery safety control system includes the first main relay 120, the second main relay 130, the first main relay 120, the second main relay 130, and the second main relay 130, which are located between the battery pack 110 and the inverter circuit 150, A relay protection unit including the contactless switch 170 is added to the circuit structure of the relay unit including the precharge relay 140 so that the first main relay 120, the second main relay 130, It is possible to prevent the precharge relay 140 from being welded in an abnormal state due to an abnormal current or the like. The RAD switch 180 may be additionally provided here to implement an active control system that limits the output current to the inverter circuit 150 according to the current state of charge of the battery pack 110. Conventional battery packs have not been able to control the battery charge due to their passive role in the vehicle system.

상기 인버터 회로(150)는 상기 배터리 팩(110)의 양극 단자 및 음극 단자에 접속하여 상기 배터리 팩(110)으로부터 전력의 공급을 받는다. 상기 제1 메인 릴레이(120)는 상기 양극 단자 및 상기 인버터 회로(150)의 일단 사이에 접점이 삽입된다. 상기 제2 메인 릴레이(130)는 상기 음극 단자 및 상기 인버터 회로(150)의 타단 사이에 접점이 삽입된다. 상기 프리차지 릴레이(140)는 상기 제1 메인 릴레이(120)의 접점에 대해 병렬로 마련되고, 저항(190)과 접점의 직렬 회로로 이루어진다. The inverter circuit 150 is connected to the positive terminal and the negative terminal of the battery pack 110 to receive power from the battery pack 110. A contact point is inserted between the positive terminal of the first main relay 120 and one end of the inverter circuit 150. A contact is inserted between the negative terminal of the second main relay 130 and the other end of the inverter circuit 150. The precharge relay 140 is provided in parallel with the contacts of the first main relay 120 and comprises a series circuit of a resistor 190 and a contact.

상기 무접점 스위치(170)는 상기 배터리 제어기(160)에 연결되며, 상기 양극 단자 및 상기 제1 메인 릴레이(120)의 접점 사이에 연결되거나, 상기 음극 단자 및 상기 제2 메인 릴레이(130)의 접점 사이에 연결되어 상기 배터리 제어기(160)의 제어에 의하여 동작된다. 도 4에는 상기 무접점 스위치(170) 하나가 상기 양극 단자 및 상기 제1 메인 릴레이(120)의 접점 사이에 연결되고 다른 하나의 상기 무접점 스위치(170)가 상기 음극 단자 및 상기 제2 메인 릴레이(130)의 접점 사이에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 무접점 스위치(170)는 상기 양극 단자 및 상기 제1 메인 릴레이(120)의 접점 사이에만 연결될 수도 있다. The contactless switch 170 is connected to the battery controller 160 and is connected between the positive terminal and the contacts of the first main relay 120 or between the negative terminal and the second main relay 130 And is operated under the control of the battery controller 160. [ 4, one of the non-contact switches 170 is connected between the positive terminal and the contacts of the first main relay 120 and the other non-contact switch 170 is connected between the negative terminal and the second main relay 120. [ The contactless switch 170 may be connected only between the positive terminal and the contacts of the first main relay 120. In this case,

상기 RAD 스위치(180)는 상기 배터리 팩(110)에 부착되어 상기 배터리 팩(110)에서 설정값 이상의 변위가 발생하면 작동되고, 상기 배터리 제어기(160)에 연결되며, 상기 무접점 스위치(170)의 제어용 단자를 통해 상기 무접점 스위치(170)와 연동한다.The RAD switch 180 is attached to the battery pack 110 and is activated when a displacement greater than a predetermined value is generated in the battery pack 110. The RAD switch 180 is connected to the battery controller 160, Contact switch (170) through a control terminal of the contactless switch (170).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 흐름을 도시한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 안전 제어 시스템의 흐름을 도시한 순서도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of a battery safety control system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a flow of a battery safety control system according to another embodiment of the present invention.

도 3은 기존의 회로 구조에 상기 무접점 스위치(170)만 부가하여 상기 배터리 안전 제어 시스템을 구성하는 경우에 대한 것이다.FIG. 3 shows a case in which the battery safety control system is constructed by adding only the non-contact switch 170 to an existing circuit structure.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 안전 제어 시스템은 상기 배터리 제어기(160)에서 측정된 상기 배터리 팩(110)의 충전 상태가 로우 상태인 경우, 상기 배터리 제어기(160)가 상기 무접점 스위치(170)의 동작을 제어하는 단계(511), 상기 무접점 스위치(170)가 작동되어 상기 배터리 팩(110)에서 상기 인버터 회로(150)로 공급되는 전류량이 조절되는 단계(512)로 이루어질 수 있다.3, in the battery safety control system, when the state of charge of the battery pack 110 measured by the battery controller 160 is low, the battery controller 160 controls the non- And controlling the amount of current supplied to the inverter circuit 150 from the battery pack 110 by operating the non-contact switch 170 (step 512) .

도 4는 기존의 회로 구조에 상기 무접점 스위치(170)뿐만 아니라 상기 RAD 스위치(180)까지 부가하여 상기 배터리 안전 제어 시스템을 구성하는 경우에 대한 것이다.FIG. 4 illustrates a case where the battery safety control system is constructed by adding not only the non-contact switch 170 but also the RAD switch 180 to an existing circuit structure.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 안전 제어 시스템은 상기 배터리 팩(110)의 충전 상태가 과충전 상태인 경우 또는 상기 배터리 팩(110)이 부풀어 오르는 등 상기 배터리 팩(110)에서 설정값 이상의 변위가 발생한 경우, 상기 RAD 스위치(180)가 작동되는 단계(S513), 상기 RAD 스위치(180)와 연동되어 상기 무접점 스위치(170)가 작동되는 단계(S514), 상기 무접점 스위치(170)가 작동되어 상기 배터리 팩(110) 및 상기 인버터 회로(150) 사이의 회로 전류가 차단되는 단계(S515)로 이루어질 수 있다.4, when the battery pack 110 is overcharged or the battery pack 110 is swollen, the battery safety control system detects a displacement of the battery pack 110 by a predetermined value or more, The RAD switch 180 is operated in step S513 and the non-contact switch 170 is operated in conjunction with the RAD switch 180 in step S514. (S515) in which the circuit current between the battery pack (110) and the inverter circuit (150) is cut off.

이와 같이, 본 발명의 배터리 안전 제어 시스템 및 그 방법에 따르면, 배터리 팩과 제1 메인 릴레이 혹은 제2 메인 릴레이 사이에 무접점 스위치를 직렬로 추가하여 배터리 팩의 충전 상태에 따라 배터리 팩의 출력 전류량을 조절하고, 이러한 회로 구조에 배터리 팩의 비정상적인 상태로 인해 배터리 팩에 팽창이 발생되고, 그 팽창 정도가 설정값에 도달하는 경우에 작동되는 RAD 스위치를 추가 적용하여 배터리 팩 및 인버터 회로 사이의 회로 전류를 차단할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.According to the battery safety control system and the method of the present invention, the non-contact switch is added in series between the battery pack and the first main relay or the second main relay so that the output current amount And a RAD switch, which is activated when the degree of expansion of the battery pack reaches a set value, is further applied to the circuit structure to cause an expansion of the battery pack due to an abnormal state of the battery pack, It is possible to obtain an effect of interrupting the current.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

110: 배터리 팩
120: 제1 메인 릴레이
130: 제2 메인 릴레이
140: 프리차지 릴레이
150: 인버터 회로
160: 배터리 제어기
170: 무접점 스위치
180: RAD 스위치110: Battery pack
120: first main relay
130: Second main relay
140: Precharge relay
150: inverter circuit
160: Battery controller
170: Solid state switch
180: RAD switch

Claims (9)

양극 단자 및 음극 단자를 갖는 배터리 팩;
상기 배터리 팩의 양극 단자 또는 음극 단자와 각각 연결된 릴레이부;
상기 배터리 팩의 상태를 측정하는 배터리 제어기; 및
상기 릴레이부와 직렬로 연결되어 상기 배터리 제어기의 제어에 의하여 동작되는 무접점 스위치로 구성되는 릴레이 보호부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
A battery pack having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal;
A relay unit connected to the positive terminal or the negative terminal of the battery pack, respectively;
A battery controller for measuring a state of the battery pack; And
A relay protection unit connected in series with the relay unit and configured by a non-contact switch operated under the control of the battery controller;
Wherein the battery safety control system comprises:
제1항에 있어서,
상기 배터리 안전 제어 시스템은
상기 배터리 팩에 부착되어 상기 배터리 팩에서 설정값 이상의 변위가 발생하면 작동되고, 상기 배터리 제어기에 연결되며, 상기 무접점 스위치의 제어용 단자를 통해 상기 무접점 스위치와 연동하는 RAD 스위치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The battery safety control system
A RAD switch that is attached to the battery pack and operates when a displacement greater than a predetermined value is generated in the battery pack and is connected to the battery controller and interlocked with the non-contact switch through a control terminal of the non-contact switch;
Further comprising: a battery control unit for controlling the battery;
제1항에 있어서,
상기 배터리 팩의 충전 상태가 로우(Low) 상태인 경우, 상기 배터리 제어기는 상기 무접점 스위치의 동작을 제어하여 상기 배터리 팩에서 부하에 공급되는 전류량을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the battery controller controls an operation of the contactless switch to control an amount of current supplied to the load in the battery pack when the battery pack is in a low state.
제2항에 있어서,
상기 배터리 팩의 충전 상태가 과충전 상태인 경우 혹은 상기 배터리 팩에서 설정값 이상의 변위가 발생한 경우, 상기 RAD 스위치가 작동되고, 상기 RAD 스위치와 연동되는 상기 무접점 스위치 또한 작동되어 상기 배터리 팩 및 부하 사이의 회로 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
The RAD switch is activated and the non-contact switch interlocked with the RAD switch is also operated to switch between the battery pack and the load when the battery pack is in an overcharged state or when a displacement of more than a set value occurs in the battery pack. The circuit current of the battery is shut off.
제1항에 있어서,
상기 무접점 스위치는 IGBT 및 FET를 포함하는 전자 제어 소자로 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the contactless switch is implemented as an electronic control device including an IGBT and an FET.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 배터리 안전 제어 방법에 있어서,
상기 배터리 팩의 충전 상태가 로우(Low)상태인 경우, 상기 배터리 제어기가 상기 무접점 스위치의 동작을 제어하는 단계; 및
상기 무접점 스위치가 작동되어 상기 배터리 팩에서 부하로 공급되는 전류량이 조절되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 방법.
The battery safety control method according to any one of claims 1 to 5,
Controlling the operation of the contactless switch when the battery pack is in a low state; And
Controlling the amount of current supplied from the battery pack to the load by operating the contactless switch;
Wherein the battery is a battery.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 배터리 안전 제어 방법에 있어서,
상기 배터리 팩의 충전 상태가 과충전 상태인 경우 혹은 상기 배터리 팩에서 설정값 이상의 변위가 발생한 경우, 상기 RAD 스위치가 작동되는 단계;
상기 RAD 스위치와 연동되어 상기 무접점 스위치가 작동되는 단계; 및
상기 무접점 스위치가 작동되어 상기 배터리 팩 및 부하 사이의 회로 전류가 차단되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 방법.
The battery safety control method according to any one of claims 1 to 5,
A step in which the RAD switch is operated when the charged state of the battery pack is in an overcharged state or when a displacement greater than a set value occurs in the battery pack;
Operating the contactless switch in cooperation with the RAD switch; And
Turning off the circuit current between the battery pack and the load by operating the contactless switch;
Wherein the battery is a battery.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 배터리 안전 제어 방법에 있어서,
상기 배터리 제어기가 온(ON) 되는 단계;
상기 배터리 제어기에 의해 추정된 상기 배터리 팩의 상태가 정상인 경우 상기 릴레이부가 온(ON) 되는 단계; 및
상기 릴레이 보호부의 상기 무접점 스위치가 온(ON) 되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 방법.
The battery safety control method according to any one of claims 1 to 5,
Turning on the battery controller;
Turning on the relay unit when the state of the battery pack estimated by the battery controller is normal; And
A step of turning on the non-contact switch of the relay protection unit;
Wherein the battery is a battery.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 배터리 안전 제어 방법에 있어서,
상기 배터리 팩 및 부하 사이 전류를 차단하고자 할 때, 제어기가 오프되는 단계;
상기 릴레이 보호부의 상기 무접점 스위치가 오프(OFF)되는 단계; 및
상기 릴레이부가 오프(OFF)되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 안전 제어 방법.The battery safety control method according to any one of claims 1 to 5,
Turning off the controller when the current between the battery pack and the load is to be cut off;
Turning off the non-contact switch of the relay protection unit; And
Turning off the relay unit;
Wherein the battery is a battery.
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