KR20160071206A - 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법 - Google Patents

셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160071206A
KR20160071206A KR1020140178649A KR20140178649A KR20160071206A KR 20160071206 A KR20160071206 A KR 20160071206A KR 1020140178649 A KR1020140178649 A KR 1020140178649A KR 20140178649 A KR20140178649 A KR 20140178649A KR 20160071206 A KR20160071206 A KR 20160071206A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
balancing
cell
voltage
protection
Prior art date
Application number
KR1020140178649A
Other languages
English (en)
Inventor
권오철
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020140178649A priority Critical patent/KR20160071206A/ko
Publication of KR20160071206A publication Critical patent/KR20160071206A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14—Preventing excessive discharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법은 차량의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 제어하여 셀 밸런싱하는 셀 밸런싱부; 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 제2 스위치를 통해 연결하거나 차단하는 방전 보호부; 및 상기 셀 밸런싱부에서 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부와 상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압을 비교하여 상기 방전 보호부를 제어하는 보호 제어부를 포함한다.

Description

셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING FAILURE OF CELL BALANCING}
본 명세서는 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리 관리 시스템에서 비정상 상태의 셀 밸런싱 과정으로 인한 과방전을 보호할 수 있는, 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV: electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작하였다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 절실히 요구되는 실정이다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 배터리 관리 시스템(100)은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩(10), 차량 전자 장치(20) 및 배터리 제어장치(30)를 포함한다.
배터리 팩(10)은 복수의 배터리 모듈(11, 12)을 포함하며, 배터리 모듈(11, 12)은 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 팩(10)은 충전된 고전압 직류 전력을 모터 등의 차량 전자 장치(20)에 공급한다.
배터리 제어장치(30)는 복수의 MCU(31, 32)와 상기 MCU를 제어하는 BCU(33)를 포함할 수 있다. 배터리 제어장치(30)는 배터리 팩과 연결되어 배터리 팩(10)의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 팩(10)의 충방전 동작을 제어한다.
이때, 복수의 배터리 셀을 결합한 배터리 관리 시스템에서는 구조적 차이에 기인한 배터리 셀 간의 전압 편차가 필연적으로 발생하게 된다. 이와 같은 전압편차는 배터리 열화의 원인으로 작용할 수 있다.
따라서, 배터리 전력을 이용한 시스템 운용 중이나 배터리 셀의 충방전시 각 셀의 전압을 균등하게 유지하는 배터리 셀의 밸런싱 동작은 배터리 관리 시스템의 매우 중요한 요소가 된다.
이에 배터리 팩의 각 셀(Cell) 전압을 측정하여 기준 전압 이상이 되면 배터리 제어장치(30)에서 경고(Alarm) 메시지나 고장(Trip) 메시지를 자동차 컨트롤러 측으로 전송하여 충전을 중단하도록 하고 있다.
그러나 상기 방법은 소프트웨어적인 방법이므로 차량의 통신이 문제가 있거나 셀(Cell) 전압을 잘못 측정하게 되는 경우가 발생할 수 있다. 이때, 이러한 배터리 셀의 밸런싱 동작을 제어하는 배터리 제어장치(30)가 고장하는 경우, 배터리 팩이 과충전되어 부풀어지거나 폭발하는 등의 위험한 상태가 될 수 있다. 즉, 배터리 관리 시스템(BMS)의 고장 또는 오동작의 경우에 배터리가 과충전되어 폭발할 수 있게 되는 문제가 있다.
본 명세서의 실시예들은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리 관리 시스템에서 비정상 상태의 셀 밸런싱 과정으로 인한 과방전을 보호할 수 있는, 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 셀 밸런싱의 명령 없이 셀 밸런싱이 진행될 경우, 셀 밸런싱 라인에 위치한 별도의 제2 스위치를 오프(OFF)시켜 밸런싱을 차단할 수 있는, 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 셀 밸런싱의 명령이 없는 상태에서 비정상 상태의 셀 밸런싱 전류가 흐를 경우, 밸런싱 저항에 걸리는 전압과 제1 스위치의 제어 라인의 제어 전압과 비교함으로써, 비정상 상태의 셀 밸런싱이 발생함을 확인하여 셀 밸런싱을 차단하고 상위 시스템에 통보할 수 있는, 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, 차량의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 제어하여 셀 밸런싱하는 셀 밸런싱부; 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 제2 스위치를 통해 연결하거나 차단하는 방전 보호부; 및 상기 셀 밸런싱부에서 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부와 상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압을 비교하여 상기 방전 보호부를 제어하는 보호 제어부를 포함하는 셀 밸런싱 고장 보호 장치가 제공될 수 있다.
상기 방전 보호부는 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인에 연결되는 제2 스위치; 및 상기 보호 제어부로부터 출력된 정상 신호 또는 이상 신호에 따라 상기 제2 스위치를 스위칭시켜 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 연결하거나 차단하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제2 스위치는 BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), 릴레이(Relay) 및 커플러(Coupler) 중 어느 하나의 스위칭 소자로 이루어지고, 상기 스위칭 제어부는 BJT, FET, 릴레이 및 커플러 중 어느 하나의 스위칭 소자를 구동하기 위한 제어 회로로 이루어질 수 있다.
상기 보호 제어부는 상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압과 상기 제1 스위치의 제어 라인의 제어 전압을 비교하여 셀 밸런싱의 이상 상태를 확인할 수 있다.
상기 보호 제어부는 상기 방전 전압과 상기 제어 전압이 서로 다르면 상기 방전 보호부로 이상 신호를 출력하여 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 차단하도록 상기 방전 보호부를 제어할 수 있다.
상기 보호 제어부는 상기 제어 전압이 0V이고, 상기 방전 전압이 기설정된 임계전압을 초과하면 상기 방전 보호부로 이상 신호를 출력하여 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 차단하도록 상기 방전 보호부를 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 차량의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 제어하여 셀 밸런싱하는 단계; 상기 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부를 확인하는 단계; 상기 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부와 상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 제2 스위치를 통해 제어하는 단계를 포함하는 셀 밸런싱 고장 보호 방법이 제공될 수 있다.
상기 비교하는 단계는 상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압과 상기 제1 스위치의 제어 라인의 제어 전압을 비교하여 셀 밸런싱의 이상 상태를 확인할 수 있다.
상기 제2 스위치를 통해 제어하는 단계는 상기 비교 결과에 따라 출력된 정상 신호 또는 이상 신호에 따라 상기 제2 스위치를 스위칭시켜 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 연결하거나 차단할 수 있다.
상기 제2 스위치를 통해 제어하는 단계는 상기 비교 결과에서 상기 방전 전압과 상기 제어 전압이 서로 다르면 이상 신호를 출력하여 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 차단할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리 관리 시스템에서 비정상 상태의 셀 밸런싱 과정으로 인한 과방전을 보호할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 셀 밸런싱의 명령 없이 셀 밸런싱이 진행될 경우, 셀 밸런싱 라인에 위치한 별도의 제2 스위치를 오프(OFF)시켜 밸런싱을 차단할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 셀 밸런싱의 명령이 없는 상태에서 비정상 상태의 셀 밸런싱 전류가 흐를 경우, 밸런싱 저항에 걸리는 전압과 제1 스위치의 제어 라인의 제어 전압과 비교함으로써, 비정상 상태의 셀 밸런싱이 발생함을 확인하여 셀 밸런싱을 차단하고 상위 시스템에 통보할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 고장 보호 장치의 구성도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 고장 보호 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 고장 보호 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 고장 보호 장치(200)는 셀 밸런싱부(210), 보호 제어부(220) 및 방전 보호부(230)를 포함한다.
이하, 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 고장 보호 장치(200)의 구성요소에 대한 구체적인 구성 및 동작에 대해서 설명하기로 한다.
우선, 셀 밸런싱 고장 보호 장치(200)는 배터리 셀과 연결되어 있다. 여기서, 배터리 셀은 적어도 하나의 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈 또는 적어도 하나의 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩일 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작을 위해 배터리 셀과 셀 밸런싱 고장 보호 장치(200)가 연결된 경우를 가정하여 설명한다. 또한, 이러한 배터리 셀이 다수 개로 포함된 배터리 모듈은 복수 개로 구성될 수 있으며, 충전된 고전압 직류 전력을 차량에 구비되어 있는 모터 등에 공급하고, 충전 장치를 통해서 충전 전압을 공급받는다.
셀 밸런싱부(210)는 제1 스위치(SW1) 및 밸런싱 저항(R)과 연결되어 있다. 제1 스위치(SW1)의 일단은 배터리 셀과 직렬로 연결되어 있고, 타단은 밸런싱 저항(R)과 연결되어 있다.
여기서, 밸런싱 저항(R)은 배터리 셀의 전기 에너지를 소모시키도록, 배터리 셀의 양극 단자와 직렬로 연결될 수 있다. 밸런싱 저항(R)은 배터리 셀의 전기 에너지를 소모시켜 배터리 셀의 전압을 다른 배터리 셀의 전압과 균등하게 낮추는 셀 밸런싱 동작에 이용된다.
또한, 제1 스위치(SW1)는 배터리 셀의 전기 에너지를 밸런싱 저항(R)을 통해 소모시키는 동작을 수행하거나 차단하기 위해, 일측이 밸런싱 저항(R)과 연결되고 타측이 배터리 셀의 음극 단자와 연결된다. 예를 들면, 제1 스위치(SW1)는 밸런싱 저항(R)과 배터리 셀의 음극 단자 사이의 연결 라인에 연결된 MOS FET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)로 이루어질 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 N형 MOS FET 또는 P형 MOS FET일 수 있다.
셀 밸런싱부(210)는 차량의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항(R) 및 제1 스위치(SW1)를 제어하여 셀 밸런싱을 수행한다.
보호 제어부(220)는 밸런싱 저항(R)의 양단 전압을 측정하기 위한 전압 측정기(221)와 연결되어 있다. 여기서, 전압 측정기(221)는 밸런싱 저항(R)의 양단과 연결된 차동 증폭기로 이루어질 수 있다. 변형 예로, 전압 측정기(221)는 연산 증폭기(Op Amp: Operational Amplifier) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC: Analog-to-Digital Converter)로 이루어질 수 있다. 셀 밸런싱이 수행되면, 밸런싱 저항(R)에 방전 전류가 흐르게 되고, 밸런싱 저항(R) 양단에는 그 방전 전류에 해당하는 전압이 걸리게 된다. 보호 제어부(220)는 밸런싱 저항(R)의 양단에 걸리는 방전 전압을 전압 측정기(221)로부터 수신한다.
또한, 보호 제어부(220)는 제1 스위치(SW1)의 제어 라인에 연결되어 있다. 보호 제어부(220)는 제어 라인을 통해 셀 밸런싱부(210)에서 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부를 확인할 수 있다.
이를 통해, 보호 제어부(220)는 셀 밸런싱부(210)에서 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부와 밸런싱 저항(R)의 양단에 걸리는 방전 전압을 비교하여 방전 보호부(230)를 제어한다.
방전 보호부(230)는 배터리 셀과 제1 스위치(SW1) 사이의 라인을 제2 스위치(SW2)를 통해 연결하거나 차단한다. 여기서, 방전 보호부(230)는 보호 제어부(220)로부터 출력된 정상 신호 또는 이상 신호에 따라 제2 스위치(SW2)를 제어한다.
이러한 방전 보호부(230)는 제2 스위치(SW2) 및 스위칭 제어부(231)를 포함한다.
방전 보호부(230)의 제2 스위치(SW2)는 배터리 셀과 제1 스위치(SW1) 사이의 라인에 연결되어 있다. 여기서, 제2 스위치(SW2)는 BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), 릴레이(Relay) 및 커플러(Coupler) 중 어느 하나의 스위칭 소자로 이루어질 수 있다. 그러면, 스위칭 제어부(231)는 BJT, FET, 릴레이 및 커플러 중 어느 하나의 스위칭 소자를 구동하기 위한 제어 회로로 이루어질 수 있다.
스위칭 제어부(231)는 보호 제어부(220)로부터 출력된 정상 신호 또는 이상 신호에 따라 제2 스위치(SW2)를 스위칭시켜 배터리 셀과 제1 스위치(SW1) 사이의 라인을 연결하거나 차단할 수 있다.
정상 신호 또는 이상 신호를 구체적으로 살펴보면, 보호 제어부(220)는 밸런싱 저항(R)의 양단에 걸리는 방전 전압과 제1 스위치(SW1)의 제어 라인의 제어 전압을 비교하여 셀 밸런싱의 이상 상태를 확인할 수 있다. 여기서, 정상 신호는 온(ON) 상태를 지시하는 하이(High) 신호로 설정될 수 있고, 이상 신호는 오프(OFF) 상태를 지시하는 로우(Low) 신호로 설정될 수 있다.
이때, 보호 제어부(220)는 방전 전압과 제어 전압이 서로 다르면 방전 보호부(230)로 이상 신호를 출력하여 배터리 셀과 제1 스위치(SW1) 사이의 라인을 차단하도록 방전 보호부(230)를 제어할 수 있다.
일례로, 제1 스위치(SW1)가 FET 스위치로 이루어진 경우, FET의 게이트(Gate)단의 상태와 밸런싱 저항(R) 양단에 걸리는 전압을 비교하여 셀 밸런싱부(210)에 의한 셀 밸런싱 명령 없이 셀 밸런싱이 진행되는 경우, 보호 제어부(220)는 셀 밸런싱을 차단하도록 방전 보호부(230)를 제어할 수 있다. 즉, 보호 제어부(220)는 제어 전압이 0V이고, 방전 전압이 기설정된 임계전압을 초과하면 방전 보호부(230)로 이상 신호를 출력하여 배터리 셀과 제1 스위치(SW1) 사이의 라인을 차단하도록 방전 보호부(230)를 제어할 수 있다.
그러면, 방전 보호부(230)는 셀 밸런싱 라인에 위치한 제2 스위치(SW2)를 오프(OFF)시켜 셀 밸런싱을 차단할 수 있다.
이후, 셀 밸런싱부(210)로부터의 셀 밸런싱 명령이 없는 상태에서 의도치 않은 셀 밸런싱 전류가 흐를 경우, 밸런싱 저항(R)에 전압이 걸리게 된다. 보호 제어부(220)는 밸런싱 저항(R) 양단에 걸리는 방전 전압과, 셀 밸런싱을 위한 제1 스위치(예컨대, FET)(SW1)의 게이트 단의 제어 전압을 비교함으로써, 의도치 않은 셀 밸런싱 상태가 발생할 경우 제2 스위치(SW2)를 오프(OFF)시키고, 차량의 상위 시스템에 셀 밸런싱 회로에 문제가 발생했음을 통보할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 고장 보호 방법에 대한 흐름도이다.
보호 제어부(220)는 밸런싱 저항(R)의 양단에 걸리는 방전 전압을 모니터링한다(S302).
그리고 보호 제어부(220)는 셀 밸런싱을 위한 제1 스위치(SW1)의 제어 라인의 제어 전압을 모니터링한다(S304).
보호 제어부(220)는 각각 모니터링된 방전 전압과 제어 전압을 서로 비교한다(S306).
보호 제어부(220)는 셀 밸런싱이 이상 상태인지를 확인한다(S308). 구체적으로, 제1 스위치(SW1)가 셀 밸런싱을 위해 턴-온(Turn-ON)되는 경우, 보호 제어부(220)는 방전 전압 및 제어 전압이 셀 밸런싱에 대응하는 전압을 가지는지를 확인한다. 반대로, 셀 밸런싱 명령이 없어서 제1 스위치(SW1)가 오프(OFF) 상태인 경우, 보호 제어부(220)는 방전 전압과 제어 전압이 OV에 해당하는 전압을 가지는지를 확인한다. 이때, 보호 제어부(220)는 제어 전압이 없는 경우에 방전 전압이 일반적인 셀 밸런싱 전압 미만이지만 셀 밸런싱으로 등가될 수 있는 전압인지를 확인할 수 있다.
상기 확인 결과(S308), 셀 밸런싱이 이상 상태가 아닌 경우, 즉 정상 상태인 경우, 보호 제어부(220)는 정상 신호를 출력하고, 그 출력된 정상 신호를 방전 보호부(230)에 전달한다(S310). S310 과정 이후, 보호 제어부(220)는 방전 전압과 제어 전압을 비교하는 S306 과정을 다시 수행할 수 있다.
반면, 상기 확인 결과(S308), 셀 밸런싱이 이상 상태인 경우, 즉 이상 상태인 경우, 보호 제어부(220)는 이상 신호를 출력한다(S312).
그리고 보호 제어부(220)는 출력된 이상 신호를 방전 보호부(230)에 전달한다(S314).
이어서, 보호 제어부(220)는 셀 밸런싱이 비정상 상태로 확인되면, 이상 신호를 차량의 상위 시스템에 보고할 수 있다(S316).
또한, 방전 보호부(230)는 보호 제어부(220)로부터 이상 신호를 전달받으면, 방전 스위치에 해당하는 제2 스위치(SW2)를 오프(OFF)시킨다(S318).
그러면, 제2 스위치(SW2)의 오프(OFF)로 인해 배터리 셀과 밸런싱 저항(R) 간의 라인을 따라 흐르는 방전 전류가 차단된다(S320).
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 배터리 관리 시스템(BMS)
10: 배터리 팩
11, 12, 13: 배터리 모듈
20: 차량 전자 장치
30: 배터리 제어장치
31, 32: MCU
33: BCU
200: 셀 밸런싱 고장 보호 장치
210: 셀 밸런싱부
220: 보호 제어부
230: 방전 보호부
221: 전압 측정기
R: 밸런싱 저항
SW1, SW2: 제1 및 제2 스위치

Claims (10)

  1. 차량의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 제어하여 셀 밸런싱하는 셀 밸런싱부;
    상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 제2 스위치를 통해 연결하거나 차단하는 방전 보호부; 및
    상기 셀 밸런싱부에서 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부와 상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압을 비교하여 상기 방전 보호부를 제어하는 보호 제어부
    를 포함하는 셀 밸런싱 고장 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전 보호부는
    상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인에 연결되는 제2 스위치; 및
    상기 보호 제어부로부터 출력된 정상 신호 또는 이상 신호에 따라 상기 제2 스위치를 스위칭시켜 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 연결하거나 차단하는 스위칭 제어부
    를 포함하는 셀 밸런싱 고장 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 스위치는 BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), 릴레이(Relay) 및 커플러(Coupler) 중 어느 하나의 스위칭 소자로 이루어지고,
    상기 스위칭 제어부는 BJT, FET, 릴레이 및 커플러 중 어느 하나의 스위칭 소자를 구동하기 위한 제어 회로로 이루어지는 셀 밸런싱 고장 보호 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 제어부는
    상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압과 상기 제1 스위치의 제어 라인의 제어 전압을 비교하여 셀 밸런싱의 이상 상태를 확인하는 셀 밸런싱 고장 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호 제어부는
    상기 방전 전압과 상기 제어 전압이 서로 다르면 상기 방전 보호부로 이상 신호를 출력하여 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 차단하도록 상기 방전 보호부를 제어하는 셀 밸런싱 고장 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보호 제어부는
    상기 제어 전압이 0V이고, 상기 방전 전압이 기설정된 임계전압을 초과하면 상기 방전 보호부로 이상 신호를 출력하여 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 차단하도록 상기 방전 보호부를 제어하는 셀 밸런싱 고장 보호 장치.
  7. 차량의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 제어하여 셀 밸런싱하는 단계;
    상기 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작이 수행되는지 여부와 상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 제2 스위치를 통해 제어하는 단계
    를 포함하는 셀 밸런싱 고장 보호 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비교하는 단계는
    상기 밸런싱 저항의 양단에 걸리는 방전 전압과 상기 제1 스위치의 제어 라인의 제어 전압을 비교하여 셀 밸런싱의 이상 상태를 확인하는 셀 밸런싱 고장 보호 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 스위치를 통해 제어하는 단계는
    상기 비교 결과에 따라 출력된 정상 신호 또는 이상 신호에 따라 상기 제2 스위치를 스위칭시켜 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 연결하거나 차단하는 셀 밸런싱 고장 보호 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 스위치를 통해 제어하는 단계는
    상기 비교 결과에서 상기 방전 전압과 상기 제어 전압이 서로 다르면 이상 신호를 출력하여 상기 배터리 셀과 상기 제1 스위치 사이의 라인을 차단하는 셀 밸런싱 고장 보호 방법.
KR1020140178649A 2014-12-11 2014-12-11 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법 KR20160071206A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140178649A KR20160071206A (ko) 2014-12-11 2014-12-11 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140178649A KR20160071206A (ko) 2014-12-11 2014-12-11 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160071206A true KR20160071206A (ko) 2016-06-21

Family

ID=56353802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140178649A KR20160071206A (ko) 2014-12-11 2014-12-11 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160071206A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200141826A (ko) * 2019-06-11 2020-12-21 주식회사 피플웍스 Ess의 셀 밸런싱부 전원 라인 차단 장치
KR20210039189A (ko) * 2019-10-01 2021-04-09 현대오트론 주식회사 과전류 및 저전류 보호회로를 구비한 배터리 모니터링 시스템 및 그것의 과전류 및 저전류 보호 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200141826A (ko) * 2019-06-11 2020-12-21 주식회사 피플웍스 Ess의 셀 밸런싱부 전원 라인 차단 장치
KR20210039189A (ko) * 2019-10-01 2021-04-09 현대오트론 주식회사 과전류 및 저전류 보호회로를 구비한 배터리 모니터링 시스템 및 그것의 과전류 및 저전류 보호 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5677261B2 (ja) 蓄電システム
KR101047831B1 (ko) 수동적 안전장치를 이용한 배터리의 센싱 라인의 단락으로 인한 2차 사고 방지장치
KR101610921B1 (ko) 선택적 스위칭을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법
KR20180023647A (ko) 배터리 관리 시스템
CN101841177A (zh) 一种保护电动汽车预充电电路的方法与系统
US10886578B2 (en) Battery management device
KR101856068B1 (ko) 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법
KR20160071207A (ko) 배터리 셀의 과충전 보호 장치 및 방법
KR101665003B1 (ko) 배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법
KR101948102B1 (ko) 배터리 역전압 보호 장치
KR101610908B1 (ko) 배터리 전압 측정회로의 진단 장치 및 그 방법
KR20160071206A (ko) 셀 밸런싱 고장 보호 장치 및 방법
KR101575271B1 (ko) 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법
KR102421778B1 (ko) 이차 전지 충전 장치
KR101916789B1 (ko) 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치
KR101735738B1 (ko) 과충전 방지 장치 및 이의 고장 진단 방법
KR101584253B1 (ko) 배터리 셀을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법
KR101856067B1 (ko) 배터리 관리 시스템의 센싱 정밀도 진단 장치 및 방법
KR20160067600A (ko) 배터리 셀 과충전 보호 장치 및 방법
KR101735734B1 (ko) 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치 및 방법
KR101744713B1 (ko) 배터리 관리 시스템의 고장 진단 방법
KR101619420B1 (ko) 배터리 관리 시스템의 절연저항 측정 장치 및 방법
KR101744712B1 (ko) 과충전 방지 장치 및 방법
KR101628858B1 (ko) 배터리 관리 시스템의 고장 진단 장치 및 방법
KR101887441B1 (ko) 배터리 셀의 과충전 보호 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application