KR20150094167A - 배터리 관리 시스템 - Google Patents

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KR20150094167A
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battery pack
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discharge current
current value
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KR1020140015115A
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장진수
구재승
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 복수의 전지 셀을 포함하는 배터리 팩, 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2 외부 단자, 배터리 팩의 제1 출력 단자와 제1 외부 단자 사이에 배치된 리던던시 저항 소자, 배터리 팩의 제2 출력 단자와 제2 외부 단자 사이에 배치된 저항 소자 및 리던던시 저항 소자 및 저항 소자를 이용하여 배터리 팩에 흐르는 과전류를 검출하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 기술이다.
일반적으로 이차전지(rechargeable battery)는 충전 및 방전이 가능한 전지로, 니켈-수소(Ni-MH) 전지와 리튬(Li) 이온 전지 등이 사용된다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 기기의 종류에 따라 다양한 형태로 사용된다.
저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
이러한 이차 전지는 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템과 함께 배터리 팩을 구성하며, 배터리 팩의 외부 단자를 통해 충전과 방전이 이루어진다. 일반적으로 배터리 관리 시스템은 배터리 팩과 외부 단자 사이에 배치된 션트 저항을 이용하여 배터리 팩에 흐르는 전류를 측정한다.
배터리 관리 시스템은 션트 저항 양단의 전압 값을 전류 값으로 변환하여 배터리 팩에 과전류가 흐르는지 여부를 판단한다. 배터리 팩에 과전류가 흐르는 경우 배터리 팩이 폭발할 가능성이 크기 때문에 배터리 팩에 흐르는 전류를 측정하는 것은 매우 중요하다. 그런데 션트 저항 자체에 이상이 발생한 경우 배터리 팩에 흐르는 전류를 측정할 수 없다. 이에, 션트 저항 이외에 홀(Hall) 소자를 포함하는 전류 센서를 추가하여 배터리 팩에 흐르는 전류를 측정하는 방법을 이용한다. 이러한 방법은 배터리 팩의 전체 부피 및 중량이 증가하고, 부품 추가로 인한 비용이 증가한다.
본 발명의 실시 예는 별도의 부품 추가 없이 배터리 팩의 과전류를 측정할 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 복수의 전지 셀을 포함하는 배터리 팩; 상기 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2 외부 단자; 상기 배터리 팩의 제1 출력 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 배치된 리던던시 저항 소자; 상기 배터리 팩의 제2 출력 단자와 상기 제2 외부 단자 사이에 배치된 저항 소자; 및 상기 리던던시 저항 소자 및 상기 저항 소자를 이용하여 상기 배터리 팩에 흐르는 과전류를 검출하는 제어부를 포함한다.
그리고 상기 리던던시 저항 소자는 상기 제1 출력 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 직렬 연결된 버스 바 및 릴레이를 포함한다. 또한, 상기 리던던시 저항 소자는 상기 제1 출력 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 직렬 연결된 버스 바 및 퓨즈를 포함한다.
그리고 상기 저항 소자의 저항값과 상기 저항 소자 양단의 전압 값을 이용하여 상기 저항 소자에 흐르는 제1 충방전 전류 값을 연산하는 전류 검출부를 더 포함한다. 그리고 상기 제어부는 상기 리던던시 저항 소자의 저항값과 상기 리던던시 저항 소자 양단의 전압 값을 이용하여 상기 리던던시 저항 소자에 흐르는 제2 충방전 전류 값을 연산하고, 상기 제1 및 제2 충방전 전류 값을 비교하여 상기 저항 소자의 이상 유무를 판단한다.
그리고 상기 제어부는 상기 저항 소자의 이상 발생 시 상기 제2 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩에 흐르는 과전류를 검출한다. 그리고 상기 리던던시 저항 소자 양단의 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함한다. 또한, 상기 제1 출력 단자는 상기 배터리 팩의 양극 단자에 연결되어 있고, 상기 제2 출력 단자는 상기 배터리 팩의 음극 단자에 연결되어 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 복수의 전지 셀을 포함하는 배터리 팩; 상기 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2 외부 단자; 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 제2 외부 단자 사이에 배치된 제1 저항 소자; 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 배치된 버스 바 및 제2 저항 소자; 및 상기 제1 저항 소자에 흐르는 제1 충방전 전류 값과 상기 버스 바 및 상기 제2 저항 소자에 흐르는 제2 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩에 흐르는 과전류를 검출하는 제어부를 포함한다.
그리고 상기 제2 저항 소자는 상기 버스 바에 직렬 연결된 릴레이를 포함한다. 또한, 상기 제2 저항 소자는 상기 버스 바에 직렬 연결된 퓨즈를 포함한다. 그리고 상기 제1 저항 소자 양단의 전압을 검출하고, 상기 제1 저항 소자의 저항값 및 상기 제1 저항 소자 양단의 전압 값을 이용하여 상기 제1 충방전 전류 값을 연산하는 전류 검출부를 더 포함한다.
또한, 상기 버스 바 및 상기 제2 저항 소자 양단의 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함한다. 그리고 상기 제어부는 상기 버스 바 및 상기 제2 저항 소자 각각의 저항값과 상기 증폭부로부터 출력된 전압 값을 이용하여 상기 제2 충방전 전류 값을 연산하고, 상기 제1 및 제2 충방전 전류 값 중 어느 하나에 따라 상기 배터리 팩의 과전류를 검출한다.
그리고 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 충방전 전류 값 간의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우 상기 제1 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩의 과전류를 검출하고, 상기 제1 및 제2 충방전 전류 값 간의 차이가 미리 설정된 범위 이상인 경우 상기 제2 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩의 과전류를 검출한다. 또한, 상기 제어부는 상기 배터리 팩에 과전류가 흐르면 상기 배터리 팩과 상기 제1 및 제2 외부 단자 간의 연결을 차단시킨다.
본 발명의 실시 예는 배터리 팩과 외부 단자 사이에 배치된 버스 바 및 저항 소자를 이용하여 션트 저항에 이상이 발생하더라도 배터리 팩의 과전류를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 도시한 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(1)은 배터리 팩(10), 션트 저항(20), 전류 검출부(30), 버스 바(40), 릴레이(50), 퓨즈(60), 증폭부(70), 제어부(80), 제1 및 제2 외부 단자(P1, P2)를 포함한다. 배터리 팩(10)은 서로 직렬 연결된 복수의 전지 셀(C1~Cn), 제1 및 제2 출력 단자(O1, O2)를 포함한다.
복수의 전지 셀(C1~Cn) 각각은 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고, 세퍼레이터의 양측에 배치된 양극 판과 음극 판을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 전극 조립체의 양극 판에 전기적으로 연결된 양극 단자 및 음극 판에 전기적으로 연결된 음극 단자를 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
복수의 전지 셀(C1~Cn) 각각은 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 형성될 수 있다. 배터리 팩(10)의 양극 단자는 제1 출력 단자(O1)에 연결되어 있고, 음극 단자는 제2 출력 단자(O2)에 연결되어 있다.
배터리 팩(10)의 제1 및 제2 출력 단자(O1, O2) 각각은 제1 및 제2 외부 단자(P1, P2)와 전기적으로 연결되고, 제1 및 제2 외부 단자(P1, P2)를 통해 외부 부하(미도시)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 외부 부하는 충전기, 모터 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(10)은 전기 자동차, 전기 자전거 등에 이용될 수 있다.
션트 저항(20)은 배터리 팩(10)의 제2 출력 단자(O2)와 제2 외부 단자(P2) 사이의 대전류 경로 상에 배치되며, 일정 크기의 저항값을 갖는다. 그리고 전류 검출부(30)는 션트 저항(20)에 흐르는 제1 충방전 전류를 검출하여 제어부(80)에 전달한다. 여기서, 전류 검출부(30)는 션트 저항(20)의 저항값과 션트 저항(20) 양단의 전압 값을 이용하여 제1 충방전 전류를 연산할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60)는 제1 출력 단자(O1)와 제1 외부 단자(P1) 사이의 대전류 경로 상에 배치되고, 서로 직렬 연결되어 있다. 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60) 각각은 일정 크기의 내부 저항값을 갖는 저항 소자이며, 션트 저항(20)과 함께 대전류 경로 상에 흐르는 전류를 측정하기 위한 리던던시 저항 소자로 작용한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60)를 모두 리던던시 저항 소자로 이용하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 릴레이(50) 및 퓨즈(60) 중 적어도 어느 하나가 생략될 수 있다. 또한, 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60) 간의 연결 순서는 변경될 수 있다.
버스 바(40)는 제1 출력 단자(O1)와 제1 외부 단자(P1)를 전기적으로 연결한다. 버스 바(40)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 릴레이(50)는 제어부(80)에 의해 제어되어 배터리 팩(10)의 제1 출력 단자(O1)와 제1 외부 단자(P1)를 선택적으로 연결한다. 퓨즈(60)는 배터리 팩(10)의 제1 출력 단자(O1) 및 제1 외부 단자(P1) 사이에 미리 설정된 레벨 이상의 대전류가 흐르면 용단되어 대전류 경로를 차단시킨다.
증폭부(70)는 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60) 양단의 전압을 증폭하여 제어부(80)에 전달한다. 한편, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 배터리 관리 시스템(1)이 릴레이(50) 및 퓨즈(60) 중 어느 하나가 생략된 구성인 경우 증폭부(70)는 버스 바(40)와 릴레이(50) 양단의 전압 또는 버스 바(40)와 퓨즈(60) 양단의 전압을 증폭하여 제어부(80)에 전달할 수 있다.
제어부(80)는 증폭부(70)를 통해 증폭된 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60) 양단의 전압 값과 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60) 각각의 저항값을 이용하여 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60)에 흐르는 제2 충방전 전류 값을 연산한다.
그리고 제어부(80)는 제1 충방전 전류 값과 제2 충방전 전류 값을 비교하여 션트 저항(20)의 이상 유무를 판단한다. 구체적으로, 제어부(80)는 제1 충방전 전류 값과 제2 충방전 전류 값 간의 차이가 미리 설정된 범위 이내인지 여부에 따라 션트 저항(20)의 이상 유무를 판단할 수 있다.
예컨대, 제어부(80)는 제1 충방전 전류 값과 제2 충방전 전류 값 간의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우 션트 저항(20)의 상태를 정상으로 판정하고, 션트 저항(20)에 흐르는 제1 충방전 전류 값으로 배터리 팩(10)에 과전류가 흐르는지 여부를 검출할 수 있다.
반면, 제어부(80)는 제1 충방전 전류 값과 제2 충방전 전류 값 간의 차이가 미리 설정된 범위 이상인 경우 션트 저항(20)의 상태를 비정상으로 판정하고, 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60)에 흐르는 제2 충방전 전류 값으로 배터리 팩(10)에 과전류가 흐르는지 여부를 검출할 수 있다.
제어부(80)는 션트 저항(20)이 정상 상태인 경우 제1 충방전 전류 값이 미리 설정된 레벨 이상인지 여부를 판단하고, 제1 충방전 전류 값이 미리 설정된 레벨 이상인 경우 배터리 팩(10)에 과전류가 흐르는 것으로 판단한다.
마찬가지로, 제어부(80)는 션트 저항(20)이 비정상 상태인 경우 제2 충방전 전류 값이 미리 설정된 레벨 이상인지 여부를 판단하고, 제2 충방전 전류 값이 미리 설정된 레벨 이상인 경우 배터리 팩(10)에 과전류가 흐르는 것으로 판단한다.
제어부(80)는 배터리 팩(10)에 과전류가 흐르면 배터리 팩(10)과 제1 및 제2 외부 단자(P1, P2) 간의 전기적인 연결을 차단시킨다. 예컨대, 제어부(80)는 릴레이(50)를 통해 배터리 팩(10)의 제1 출력 단자(O1)와 제1 외부 단자(P1) 간의 연결을 전기적으로 차단시킬 수 있다.
또한, 제어부(80)는 션트 저항(20)이 비정상 상태인 경우 외부 인터페이스(미도시)를 통해 사용자에게 션트 저항(20)의 교체 요청을 할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(80)는 션트 저항(20) 대신에 버스 바(40), 릴레이(50) 및 퓨즈(60)를 리던던시 저항 소자로 이용하여 배터리 팩(10)에 흐르는 충방전 전류 값을 측정함으로써 션트 저항(20)에 이상이 발생하더라도 배터리 팩(10)의 과전류를 검출할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 배터리 팩
20: 션트 저항
30: 전류 검출부
40: 버스 바
50: 릴레이
60: 퓨즈
70: 증폭부
80: 제어부

Claims (16)

  1. 복수의 전지 셀을 포함하는 배터리 팩;
    상기 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2 외부 단자;
    상기 배터리 팩의 제1 출력 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 배치된 리던던시 저항 소자;
    상기 배터리 팩의 제2 출력 단자와 상기 제2 외부 단자 사이에 배치된 저항 소자; 및
    상기 리던던시 저항 소자 및 상기 저항 소자를 이용하여 상기 배터리 팩에 흐르는 과전류를 검출하는 제어부
    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 리던던시 저항 소자는
    상기 제1 출력 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 직렬 연결된 버스 바 및 릴레이를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 리던던시 저항 소자는
    상기 제1 출력 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 직렬 연결된 버스 바 및 퓨즈를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 저항 소자의 저항값과 상기 저항 소자 양단의 전압 값을 이용하여 상기 저항 소자에 흐르는 제1 충방전 전류 값을 연산하는 전류 검출부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 리던던시 저항 소자의 저항값과 상기 리던던시 저항 소자 양단의 전압 값을 이용하여 상기 리던던시 저항 소자에 흐르는 제2 충방전 전류 값을 연산하고, 상기 제1 및 제2 충방전 전류 값을 비교하여 상기 저항 소자의 이상 유무를 판단하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 저항 소자의 이상 발생 시 상기 제2 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩에 흐르는 과전류를 검출하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 리던던시 저항 소자 양단의 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 출력 단자는 상기 배터리 팩의 양극 단자에 연결되어 있고, 상기 제2 출력 단자는 상기 배터리 팩의 음극 단자에 연결되어 있는 배터리 관리 시스템.
  9. 복수의 전지 셀을 포함하는 배터리 팩;
    상기 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2 외부 단자;
    상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 제2 외부 단자 사이에 배치된 제1 저항 소자;
    상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 제1 외부 단자 사이에 배치된 버스 바 및 제2 저항 소자; 및
    상기 제1 저항 소자에 흐르는 제1 충방전 전류 값과 상기 버스 바 및 상기 제2 저항 소자에 흐르는 제2 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩에 흐르는 과전류를 검출하는 제어부
    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 저항 소자는
    상기 버스 바에 직렬 연결된 릴레이를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 저항 소자는
    상기 버스 바에 직렬 연결된 퓨즈를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 저항 소자 양단의 전압을 검출하고, 상기 제1 저항 소자의 저항값 및 상기 제1 저항 소자 양단의 전압 값을 이용하여 상기 제1 충방전 전류 값을 연산하는 전류 검출부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 버스 바 및 상기 제2 저항 소자 양단의 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 버스 바 및 상기 제2 저항 소자 각각의 저항값과 상기 증폭부로부터 출력된 전압 값을 이용하여 상기 제2 충방전 전류 값을 연산하고, 상기 제1 및 제2 충방전 전류 값 중 어느 하나에 따라 상기 배터리 팩의 과전류를 검출하는 배터리 관리 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 및 제2 충방전 전류 값 간의 차이가 미리 설정된 범위 이내인 경우 상기 제1 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩의 과전류를 검출하고, 상기 제1 및 제2 충방전 전류 값 간의 차이가 미리 설정된 범위 이상인 경우 상기 제2 충방전 전류 값을 이용하여 상기 배터리 팩의 과전류를 검출하는 배터리 관리 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제어부는
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