KR20210000598A - 배터리 시스템 - Google Patents

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KR20210000598A
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battery
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최진휘
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Abstract

배터리 시스템은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀 모듈, 상기 복수의 배터리 셀 모듈 각각의 전압에 기초하여 밸런싱이 필요한 배터리 셀 모듈을 밸런싱 배터리 셀 모듈로 결정하고, 상기 밸런싱 배터리 셀 모듈에 대한 밸런싱을 제어하는 배터리 관리 시스템 상기 복수의 배터리 셀 모듈에 연결되어 있는 복수의 무선 충전부 및 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 따라 상기 복수의 무선 충전부를 동작시켜 상기 밸런싱 배터리 셀 모듈에 전달되는 전력을 제어하는 무선 충전 제어부를 포함한다.

Description

배터리 시스템{BATTERY SYSTEM}
본 개시는 배터리 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 전기 차량에 적용될 수 있는 배터리 시스템에 관한 것이다.
전기 차량의 자율 주행 레벨 4의 경우, 전기 차량은 Dynamic Driving Condition 조차 운전자의 개입 없이 주행된다. 자율 주행 레벨 4는 미국도로교통안정국(NHTSA) 기준 자율 주행 단계 중 하나로, 운전자의 개입 없이 자동차가 스스로 목적지까지 찾아가는 레벨을 의미한다.
종래 전기 차량에 탑재된 배터리 내부에 결함(fault)(예를 들어, 셀 과전압(cell overvoltage))이 발생한 경우, 배터리로부터 알람이 발생되고, 소정 시간(예를 들어, 10초) 후 배터리의 릴레이(relay)가 오픈된다. 릴레이 오픈에 의해 배터리의 추가적인 과전압은 방지되고, 배터리 폭발이 방지될 수 있다.
그런데, 자율 주행 레벨 4의 경우, 전기차량 내 승객의 상태가 차량을 모니터할 수 없는 상태(예를 들어, 수면 상태)일 수 있고, 기타의 이유로 소정 시간(10초) 이상의 더 긴 시간 동안 전기 차량이 운행되어야 할 필요가 있을 수 있다. 배터리 결함 시, 소정 시간 경과 후 배터리의 릴레이가 오픈 되므로, 소정 시간 이상의 운행이 필요한 경우를 대비하여 별도의 비상용 배터리를 구비하는데, 이는 전기 차량의 공간 낭비의 원인이 되고, 해당 공간을 확복하기 위해 배터리의 사이즈가 감소, 배터리 용량 감소, 및 정상 주행 거리의 감소를 야기시킬 수 있다.
배터리 결함 시 안전하게 전기 차량을 운행할 수 있는 배터리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 한 특징에 따른 배터리 시스템은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 적어도 두 개의 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리 셀 조립체, 상기 배터리 셀 조립체의 일단과 제1 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 퓨즈 및 제1 메인 릴레이, 상기 배터리 셀 조립체의 타단과 제2 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제2 퓨즈 및 제2 메인 릴레이, 상기 적어도 두 개의 배터리 셀 모듈 간에 연결된 제1 접점과 상기 제1 출력단과 상기 제1 메인 릴레이 사이의 제2 접점에 연결되어 있는 제1 서브 릴레이, 및 상기 제1 접점과 상기 제2 출력단과 상기 제2 메인 릴레이 사이의 제3 접점에 연결되어 있는 제2 서브 릴레이를 포함하고, 상기 제1 접점을 기준으로 일측에 위치하는 제1 배터리 셀 모듈의 제1 배터리 셀에 결함이 있을 때, 상기 제1 메인 릴레이의 닫힘 상태에서 상기 제1 서브 릴레이를 온 한 후, 제1 지연 기간 후에 상기 제1 메인 릴레이를 오프 하고, 상기 제1 접점을 기준으로 타측에 위치하는 제2 배터리 셀 모듈의 제2 배터리 셀에 결합이 있을 때, 상기 제2 메인 릴레이의 닫힘 상태에서 상기 제2 서브 릴레이를 온 한 후, 제2 지연 기간 후에 상기 제2 메인 릴레이를 오프한다.
상기 제1 지연 기간 중에 상기 제1 퓨즈가 끊어지고, 상기 제2 지연 기간 중에 상기 제2 퓨즈가 끊어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 셀로 구성된 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹을 포함하는 배터리 셀 조립체, 상기 배터리 셀 조립체의 일단과 제1 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 퓨즈 및 제1 메인 릴레이, 상기 배터리 셀 조립체의 타단과 제2 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제2 퓨즈 및 제2 메인 릴레이, 상기 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 간에 연결된 제1 접점과 상기 제1 출력단과 상기 제1 메인 릴레이 사이의 제2 접점에 연결되어 있는 제1 서브 릴레이, 상기 제1 접점과 상기 제2 출력단과 상기 제2 메인 릴레이 사이의 제3 접점에 연결되어 있는 제2 서브 릴레이, 및 상기 적어도 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 결함이 있는 배터리 셀을 검출하면, 상기 결함이 있는 배터리 셀을 포함하는 제1 배터리 셀 모듈 그룹을 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 중 상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹에 대응하는 메인 릴레이를 오프 하여 상기 제2 접점 및 상기 제3 접점 중 대응하는 접점으로부터 차단하고, 상기 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 제2 배터리 셀 모듈 그룹을 상기 제1 및 제2 서브 릴레이 중 상기 제2 배터리 셀 모듈 그룹에 대응하는 서브 릴레이를 온 하여 상기 대응하는 접점과 연결하는 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 대응하는 메인 릴레이의 닫힘 상태에서, 상기 대응하는 서브 릴레이를 온 하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 대응하는 메인 릴레이를 오프 할 수 있다.
상기 지연 기간 중, 상기 제1 및 제2 퓨즈 중 상기 대응하는 메인 릴레이에 대응하는 퓨즈가 끊어질 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 셀 모니터링 IC, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 수신하여 상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹을 결정하고, 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 및 상기 제1 및 제2 서브 릴레이의 구동을 제어하는 릴레이 구동 제어 신호를 생성하는 메인 제어 IC, 및 상기 릴레이 구동 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 및 상기 제1 및 제2 서브 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동 신호를 생성하는 릴레이 구동부를 포함할 수 있다.
상기 릴레이 구동부는, 상기 대응하는 메인 릴레이의 제1 릴레이 구동 신호의 온 레벨에서, 상기 대응하는 서브 릴레이의 제2 릴레이 구동 신호를 온 레벨로 변경하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 제1 릴레이 구동 신호를 오프 레벨로 변경할 수 있다.
상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹이 상기 제1 접점과 상기 제1 퓨즈 사이에 연결되어 있는 경우, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 메인 릴레이의 닫힘 상태에서, 상기 제1 서브 릴레이를 온 하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 제1 메인 릴레이를 오프 할 수 있다. 상기 지연 기간 중에 상기 제1 퓨즈가 끊어질 수 있다.
상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹이 상기 제1 접점과 상기 제2 퓨즈 사이에 연결되어 있는 경우, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제2 메인 릴레이의 닫힘 상태에서, 상기 제2 서브 릴레이를 온 하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 제2 메인 릴레이를 오프 할 수 있다. 상기 지연 기간 중에 상기 제2 퓨즈가 끊어질 수 있다.
배터리 결함 시 안전하게 전기 차량을 운행할 수 있는 배터리 시스템을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 하나를 운용한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 일 실시예에서, 구동 신호들의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 다른 하나를 운용한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 일 실시예에서, 구동 신호들의 파형을 나타낸 도면이다.
본 개시에서 소개되는 배터리 시스템 및 배터리 운용 방법은, 배터리의 결함 발생시 결함이 발생한 배터리 셀 영역을 차단하고, 나머지 배터리 셀 영역의 에너지를 활용하여 전기 차량이 운행될 수 있도록 한다. 전기 차량은 나머지 배터리 셀 영역의 에너지를 활용하여 안전 지대(safety zone)으로 이동할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(1)은 배터리 셀 조립체(2), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(3), 두 개의 메인 릴레이(10, 15), 두 개의 퓨즈(11, 16), 및 두 개의 서브 릴레이(30, 35)를 포함한다.
도 1에 도시된 배터리 시스템은 전기 차량의 모터에 연결되어 모터 구동에 필요한 전원을 공급한다.
배터리 셀 조립체(2)는 복수의 배터리 셀 모듈이 직렬/병렬 연결되어 구성될 수 있고, 부하 예를 들어, 차량의 모터에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 도 1에서는, 배터리 셀 조립체(2)가 직렬 연결되어 있는 4개의 배터리 셀 모듈(21-24)을 포함하고, 배터리 셀 모듈(21-24) 각각은 직렬 연결된 4 개의 배터리 셀(CE1-CE4)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이는 일 실시예를 설명하기 위한 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 배터리 셀 모듈의 개수, 배터리 셀 모듈에서의 배터리 셀의 개수 등은 설계에 따라 변경될 수 있으며, 배터리 셀 조립체는 적어도 두 개의 배터리 셀 모듈을 포함하고, 배터리 셀 모듈은 적어도 하나의 셀을 포함하며, 복수의 배터리 셀 모듈 간의 연결 역시 직렬에 한정되지 않고, 필요한 전원 전압에 따라 직렬, 병렬, 또는 직렬/병렬 혼합으로 연결될 수 있다.
배터리 시스템(1)의 출력단(OUT+)과 배터리 셀 조립체(2)의 양극 사이에 제1 퓨즈(11) 및 제1 메인 릴레이(10)가 직렬 연결되어 있고, 배터리 시스템(1)의 출력단(OUT-)과 배터리 셀 조립체(2)의 음극 사이에 제2 퓨즈(16) 및 제2 메인 릴레이(15)가 직렬 연결되어 있다.
배터리 셀 조립체(2)에서 두 개의 배터리 셀 모듈(21, 22)와 두 개의 배터리 셀 모듈(23, 24)가 연결되는 접점(NM)과 출력단(OUT+) 사이에 제1 서브 릴레이(30)가 연결되어 있고, 접점(NM)과 출력단(OUT-) 사이에 제2 서브 릴레이(35)가 연결되어 있다.
제1 메인 릴레이(10), 제2 메인 릴레이(15), 제1 서브 릴레이(30), 및 제2 서브 릴레이(35)는 BMS(3)로부터 인가되는 릴레이 구동 신호들(PR1, PR2, SR1, SR2)에 따라 스위칭 동작할 수 있다. 도 1에 도시되어 있지 않으나, 구동 신호들을 각 릴레이에 전달하기 위한 배선이 형성될 수 있다.
BMS(3)는 셀 모니터링 IC(31), 메인 제어 IC(32), 및 릴레이 구동부를 포함한다.
셀 모니터링 IC(31)는 배터리 셀 모듈(21-24)를 구성하는 복수의 배터리 셀(CE1-CE4)에 전기적으로 연결되어 배터리 셀에 대한 정보를 감지하고, 감지된 정보를 메인 제어 IC(32)에 전달할 수 있다. 배터리 셀에 대한 정보는 배터리 셀의 전압, 온도 등을 포함할 수 있다. 아울러, 도 1에 도시되어 있지 않으나, 배터리 셀 조립체(2)에 흐르는 전류를 감지하기 위한 센서로에 의해 측정된 전류 값이 셀 모니터링 IC(31)로 전송될 수 있다. 셀 모니터링 IC(31)는 배터리 셀 조립체(2)에 흐르는 전류에 대한 정보를 메인 제어 IC(32)에 전송할 수 있다.
BMS(3)는 셀 모니터링 IC(31)로부터 전송되는 배터리 셀에 대한 정보 등을 분석하여 복수의 배터리 셀 모듈(21-24) 각각의 복수의 배터리 셀(CE1-CE4) 중 결함이 발생한 셀을 검출할 수 있다. 결함이 발생한 셀의 전압은 소정의 임계 전압 보다 높은 전압일 수 있다. BMS(3)는 결함이 발생한 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈 그룹을 제외한 나머지 배터리 셀 모듈 그룹만을 구동시킨다.
메인 제어 IC(32)는 결함이 감지된 배터리 셀의 위치에 기초하여 릴레이 구동 제어 신호(RDS)를 생성하여, 릴레이 구동부(33)로 전송할 수 있다.
릴레이 구동부(33)는 릴레이 구동 제어 신호(RDS)에 따라 4 개의 릴레이 구동 신호(PR1, PR2, SR1, SR2)를 생성할 수 있다.
결함 배터리 셀이 발생한 경우의 구체적인 배터리 셀 모듈 구동 방법은 이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
종래 배터리 시스템의 경우, 복수의 배터리 셀 중 결함이 있는 셀이 발생한 경우에도, 소정 시간 동안 차량 운행을 유지하기 위해 배터리를 운용하였다. 그러나 자율 주행의 경우 운전자가 소정 시간 동안 차량을 안전 지대에 이르게 할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 일 실시예는 소정 시간 동안 배터리 전체를 운용하는 일시적인 대응 방안과 달리, 결함 셀을 포함하지 않는 배터리 셀 모듈 그룹을 이용하여 차량에 전력을 공급한다.
복수의 배터리 셀 모듈을 구분하여 적어도 2 개의 배터리 셀 모듈 그룹으로 구분할 수 있다. 도 1에서는 두 개의 배터리 셀 모듈(21, 22)이 하나의 배터리 셀 모듈 그룹이고, 두 개의 배커리 셀 모듈(23, 24)이 다른 하나의 배터리 셀 모듈 그룹이다. 도 1에서는 배터리 셀 조립체(2)는 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹(200, 210)으로 구분되었으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 복수의 배터리 셀 모듈의 개수 등을 고려하여 둘 이상의 배터리 셀 모듈 그룹으로 구분될 수 있다.
이하, 릴레이가 개방(open) 상태에서 닫힘(close) 상태로 변경되는 것을 '온(on)'이라 하고, 릴레이가 닫힘(close) 상태에서 개방(open) 상태로 변경되는 것을 '오프(off)'라 한다. 온 및 오프를 합쳐서 '스위칭'이라 한다.
BMS(3)는 결함 배터리 셀의 상태에 따라 제1 메인 릴레이(10), 제2 메인 릴레이(15), 제1 서브 릴레이(30), 및 제2 서브 릴레이(35)의 스위칭 동작을 제어하여, 결함 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈 그룹(이하, 결함 배터리 셀 모듈 그룹)을 부하로부터 차단하고, 결합 셀을 포함하지 않는 배터리 셀 모듈 그룹(이하, 정상 배터리 셀 모듈 그룹)을 통해 부하로 전력이 공급되도록 제어한다. 그러면, 정상 배터리 셀 모듈 그룹으로부터 전기 차량으로 전력이 공급되어, 자율 주행 모드에서도안전지대로 이동할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있다.
BMS(3)는 제1 메인 릴레이(10), 제2 메인 릴레이(15), 제1 서브 릴레이(30), 및 제2 서브 릴레이(35)의 스위칭 동작을 제어하기 위하여 각 릴레이 별로 구동 신호(PR1, PR2, SR1, SR2)를 생성할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따라 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 하나를 운용한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 일 실시예에서, 구동 신호들의 파형을 나타낸 도면이다.
도 2에서는, 배터리 셀 모듈(23)의 배터리 셀(CE3)에 결함이 발생한 것으로 가정한다. 그러면, BMS(3)는 배터리 셀 모듈(23)을 포함하는 배터리 셀 모듈 그룹(210)의 동작을 정지시키고, 배터리 셀 모듈 그룹(200)으로만 모터에 전력이 공급되도록 배터리 시스템(1)을 제어할 수 있다.
메인 제어 IC(32)는 배터리 셀 모듈(23)의 배터리 셀(CE3)의 결함을 감지하고, 결함 배터리 셀 모듈 그룹을 차단하기 위해 제1 서브 릴레이(30)를 온 하고, 제1 메인 릴레이(10)를 오프 하는 릴레이 구동 제어 신호(RDS)를 생성할 수 있다. 두 개의 배터리 셀 모듈(21, 22)의 4 개의 배터리 셀(CE1-CE4) 중 어느 하나에 결함이 발생한 경우에도 위와 동일하다.
다만, 제1 서브 릴레이(30)의 온 시점과 제1 메인 릴레이(10)의 오프 시점 간에는 소정의 지연 기간이 존재한다.
도 3을 참조하면, 시점 T1에 릴레이 구동부(33)는 릴레이 구동 신호(SR1)를 오프 레벨(L)에서 온 레벨(H)로 변경하고, 소정 지연 시간(TD1) 후에, 릴레이 구동 신호(PR1)를 온 레벨(H)에서 오프 레벨(L)로 변경한다. 지연 시간(TD1) 중 배터리 셀 모듈(21), 배터리 셀 모듈(22), 제1 서브 릴레이(30), 및 제1 메인 릴레이(10) 간에 폐루프(closed loop)가 형성되어 과도한 전류가 흐르게 되고 퓨즈(11)가 끊어져 루프가 개방(open)된다. 그러면 제1 메인 릴레이(10)에 흐르는 전류가 없으므로, 제1 메인 릴레이(10)를 오프 할 때 스턱 클로즈(stuck close) 현상이 발생하지 않는다. 지연 시간(TD1)은 퓨즈(11)가 폐루프에 흐르는 전류에 의해 끊어질 수 있는 시간에 소정 마진을 더해서 설정될 수 있다.이와 같이 안정적인 릴레이 스위칭을 위해서 일 실시예는 두 개의 퓨즈(11, 16)를 포함한다.
만약, 퓨즈(11)가 구비되어 있지 않을 경우, 제1 서브 릴레이(30)를 온 한 후 제1 메인 릴레이(10)를 오프 하려고 하면, 해당 폐루프에 이론적으로 무한대의 전류가 흘러 제1 메인 릴레이(10)는 스턱 클로즈에 의해 개방되지 않고, 닫힘 상태로 유지된다. 그러면, 해당 폐루프에 전류가 계속 흐르므로, 두 배터리 셀 모듈(21, 22)의 모든 배터리 셀이 발열 및 퇴화하고, 발열로 인한 화재가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 위 문제를 해결하고자, 제1 메인 릴레이(10)를 오프한 후, 제1 서브 릴레이(30)를 온 하면, 제1 메인 릴레이(10)의 오프 시점에 모터로 전달되는 전체 전류가 차단되어, 전기 차량이 급정거하는 심각한 문제가 발생할 수 있다.
위와 같은 점을 고려해서, 일 실시예에 따른 릴레이 구동 방법은, 제1 메인 릴레이(10)의 닫힘 상태에서 제1 서브 릴레이(30)를 온 하고, 퓨즈(11)에 의해 폐루프가 끊어져 전류가 제1 메인 릴레이(10)에 전류가 흐르지 않을 때 제1 메인 릴레이(10)를 오프 한다.
제1 메인 릴레이(10) 및 제1 서브 릴레이(30)가 스위칭하는 동안, 도 3에 도시된 바와 같이, 릴레이 구동 신호(PR2)는 온 레벨(H)로 유지되고, 릴레이 구동 신호(SR2)는 오프 레벨(L)로 유지되어, 제2 메인 릴레이(15)는 닫힘 상태이고, 제2 서브 릴레이(35)는 개방 상태이다. 그러면, 도 2에 도시된 바와 같이, 전류 경로(PA1)를 따라 정상 배터리 셀 모듈 그룹(210)으로부터 모터로 전력이 공급된다.
도 4는 일 실시예에 따라 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 다른 하나를 운용한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 일 실시예에서, 구동 신호들의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4에서는, 배터리 셀 모듈(22)의 배터리 셀(CE2)에 결함이 발생한 것으로 가정한다. 그러면, BMS(3)는 배터리 셀 모듈(22)을 포함하는 배터리 셀 모듈 그룹(200)의 동작을 정지시키고, 배터리 셀 모듈 그룹(210)으로만 모터에 전력이 공급되도록 배터리 시스템(1)을 제어할 수 있다.
메인 제어 IC(32)는 배터리 셀 모듈(22)의 배터리 셀(CE2)의 결함을 감지하고, 결함 배터리 셀 모듈 그룹을 차단하기 위해 제2 서브 릴레이(35)를 온 하고, 제2 메인 릴레이(15)를 오프 하는 릴레이 구동 제어 신호(RDS)를 생성할 수 있다. 두 개의 배터리 셀 모듈(23, 24)의 4 개의 배터리 셀(CE1-CE4) 중 어느 하나에 결함이 발생한 경우에도 위와 동일하다.
앞서 도 2 및 도 3을 참조로 한 설명에서의 동일한 이유로, 제2 서브 릴레이(35)의 온 시점과 제2 메인 릴레이(15)의 오프 시점 간에는 소정의 지연 기간(TD2)이 존재한다. 지연 기간(TD2)은 지연 기간(TD1)과 다를 수 있다.
도 5를 참조하면, 시점 T3에 릴레이 구동부(33)는 릴레이 구동 신호(SR2)를 오프 레벨(L)에서 온 레벨(H)로 변경하고, 소정 지연 시간(TD2) 후에, 릴레이 구동 신호(PR2)를 온 레벨(H)에서 오프 레벨(L)로 변경한다. 지연 시간(TD2) 중 배터리 셀 모듈(23), 배터리 셀 모듈(24), 제2 서브 릴레이(35), 및 제2 메인 릴레이(15) 간에 폐루프(closed loop)가 형성되어 과도한 전류가 흐르게 되고 퓨즈(16)가 끊어져 루프가 개방(open)된다. 그러면 제2 메인 릴레이(15)에 흐르는 전류가 없으므로, 제2 메인 릴레이(15)를 오프 할 때 스턱 클로즈(stuck close) 현상이 발생하지 않는다. 지연 시간(TD2)은 퓨즈(16)가 폐루프에 흐르는 전류에 의해 끊어질 수 있는 시간에 소정 마진을 더해서 설정될 수 있다.
제1 메인 릴레이(10) 및 제1 서브 릴레이(30)가 스위칭하는 동안, 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 구동 신호(PR2)는 온 레벨(H)로 유지되고, 릴레이 구동 신호(SR2)는 오프 레벨(L)로 유지되어, 제2 메인 릴레이(15)는 닫힘 상태이고, 제2 서브 릴레이(35)는 개방 상태이다. 그러면, 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 경로(PA2)를 따라 정상 배터리 셀 모듈 그룹(200)으로부터 모터로 전력이 공급된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
1: 배터리 시스템
2: 배터리 셀 조립체
3: 배터리 관리 시스템
10: 제1 메인 릴레이
15: 제2 메인 릴레이
11, 16: 퓨즈
21-24: 배터리 셀 모듈
30: 제1 서브 릴레이
35; 제2 서브 릴레이

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 적어도 두 개의 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리 셀 조립체;
    상기 배터리 셀 조립체의 일단과 제1 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 퓨즈 및 제1 메인 릴레이;
    상기 배터리 셀 조립체의 타단과 제2 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제2 퓨즈 및 제2 메인 릴레이;
    상기 적어도 두 개의 배터리 셀 모듈 간에 연결된 제1 접점과 상기 제1 출력단과 상기 제1 메인 릴레이 사이의 제2 접점에 연결되어 있는 제1 서브 릴레이; 및
    상기 제1 접점과 상기 제2 출력단과 상기 제2 메인 릴레이 사이의 제3 접점에 연결되어 있는 제2 서브 릴레이를 포함하고,
    상기 제1 접점을 기준으로 일측에 위치하는 제1 배터리 셀 모듈의 제1 배터리 셀에 결함이 있을 때, 상기 제1 메인 릴레이의 닫힘 상태에서 상기 제1 서브 릴레이를 온 한 후, 제1 지연 기간 후에 상기 제1 메인 릴레이를 오프 하고, 상기 제1 접점을 기준으로 타측에 위치하는 제2 배터리 셀 모듈의 제2 배터리 셀에 결합이 있을 때, 상기 제2 메인 릴레이의 닫힘 상태에서 상기 제2 서브 릴레이를 온 한 후, 제2 지연 기간 후에 상기 제2 메인 릴레이를 오프하는,
    배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지연 기간 중에 상기 제1 퓨즈가 끊어지고, 상기 제2 지연 기간 중에 상기 제2 퓨즈가 끊어지는,
    배터리 시스템.
  3. 복수의 셀로 구성된 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹을 포함하는 배터리 셀 조립체;
    상기 배터리 셀 조립체의 일단과 제1 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 퓨즈 및 제1 메인 릴레이;
    상기 배터리 셀 조립체의 타단과 제2 출력단 사이에 직렬 연결되어 있는 제2 퓨즈 및 제2 메인 릴레이;
    상기 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 간에 연결된 제1 접점과 상기 제1 출력단과 상기 제1 메인 릴레이 사이의 제2 접점에 연결되어 있는 제1 서브 릴레이;
    상기 제1 접점과 상기 제2 출력단과 상기 제2 메인 릴레이 사이의 제3 접점에 연결되어 있는 제2 서브 릴레이; 및
    상기 적어도 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 결함이 있는 배터리 셀을 검출하면, 상기 결함이 있는 배터리 셀을 포함하는 제1 배터리 셀 모듈 그룹을 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 중 상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹에 대응하는 메인 릴레이를 오프 하여 상기 제2 접점 및 상기 제3 접점 중 대응하는 접점으로부터 차단하고, 상기 두 개의 배터리 셀 모듈 그룹 중 제2 배터리 셀 모듈 그룹을 상기 제1 및 제2 서브 릴레이 중 상기 제2 배터리 셀 모듈 그룹에 대응하는 서브 릴레이를 온 하여 상기 대응하는 접점과 연결하는 배터리 관리 시스템을 포함하는,
    배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 대응하는 메인 릴레이의 닫힘 상태에서, 상기 대응하는 서브 릴레이를 온 하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 대응하는 메인 릴레이를 오프 하는,
    배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지연 기간 중, 상기 제1 및 제2 퓨즈 중 상기 대응하는 메인 릴레이에 대응하는 퓨즈가 끊어지는,
    배터리 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 셀 모니터링 IC;
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 수신하여 상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹을 결정하고, 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 및 상기 제1 및 제2 서브 릴레이의 구동을 제어하는 릴레이 구동 제어 신호를 생성하는 메인 제어 IC; 및
    상기 릴레이 구동 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 및 상기 제1 및 제2 서브 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동 신호를 생성하는 릴레이 구동부를 포함하는,
    배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 릴레이 구동부는,
    상기 대응하는 메인 릴레이의 제1 릴레이 구동 신호의 온 레벨에서, 상기 대응하는 서브 릴레이의 제2 릴레이 구동 신호를 온 레벨로 변경하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 제1 릴레이 구동 신호를 오프 레벨로 변경하는,
    배터리 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹이 상기 제1 접점과 상기 제1 퓨즈 사이에 연결되어 있는 경우,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 제1 메인 릴레이의 닫힘 상태에서, 상기 제1 서브 릴레이를 온 하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 제1 메인 릴레이를 오프 하는,
    배터리 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지연 기간 중에 상기 제1 퓨즈가 끊어지는,
    배터리 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀 모듈 그룹이 상기 제1 접점과 상기 제2 퓨즈 사이에 연결되어 있는 경우,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 제2 메인 릴레이의 닫힘 상태에서, 상기 제2 서브 릴레이를 온 하고, 소정의 지연 기간 후에 상기 제2 메인 릴레이를 오프 하는,
    배터리 관리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지연 기간 중에 상기 제2 퓨즈가 끊어지는,
    배터리 시스템.
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