KR20210012224A - Power system - Google Patents

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KR20210012224A
KR20210012224A KR1020190089566A KR20190089566A KR20210012224A KR 20210012224 A KR20210012224 A KR 20210012224A KR 1020190089566 A KR1020190089566 A KR 1020190089566A KR 20190089566 A KR20190089566 A KR 20190089566A KR 20210012224 A KR20210012224 A KR 20210012224A
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power system
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KR1020190089566A
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황규민
이병은
서정민
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a power system, which comprises: a main relay provided in a conductive wire for connecting a battery pack including a plurality of battery cells electrically connected to each other with a load; a pre-charge unit connected in parallel with the main relay, and including a heating element and a pre-charge relay; a transformer connected to the battery cells and the pre-charge unit, and transmitting electrical energy from the battery cells to the heating element; a plurality of cell discharge switches for connecting each of the battery cells and the transformer; and a control unit for controlling operations of the main relay, the pre-charge relay, and the cell discharge switches. According to the present invention, a battery management system can be more efficiently operated.

Description

전원 시스템{Power system}Power system

본 발명은 부하의 프리차지(precharge) 경로 및 복수의 배터리셀 간 전압 밸런싱(balancing) 경로에 배터리팩의 온도 상승을 위한 발열체가 구비된 전원 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power system including a heating element for increasing the temperature of a battery pack in a precharge path of a load and a voltage balancing path between a plurality of battery cells.

고전압 배터리를 사용하는 전기 차량(EV)이나 하이브리드 차량(HEV)에 있어서, 차량 초기 동작시 메인 릴레이를 바로 부하 측에 연결하는 경우, 고전압에 의해 일시적으로 매우 큰 전류가 흐를 수 있다. 이러한 전류를 돌입전류라 하는데, 돌입전류가 흐르는 경우 부하 측의 인버터를 손상시키거나 메인 릴레이의 융착을 유발할 수 있어 문제가 된다.In an electric vehicle (EV) or hybrid vehicle (HEV) using a high voltage battery, when the main relay is directly connected to the load side during initial operation of the vehicle, a very large current may temporarily flow due to the high voltage. This current is called an inrush current, and when the inrush current flows, it becomes a problem because it can damage the inverter on the load side or cause fusion of the main relay.

이에 따라 종래 돌입전류를 방지하기 위한 회로로서, 프리차지 저항 및 상기 프리차지 저항과 직렬로 연결된 프리차지 릴레이를 포함하는 프리차지 회로를 구비하고, 상기 프리차지 회로를 메인 릴레이와 병렬로 연결한 전원 시스템이 알려져 있다. Accordingly, as a conventional circuit for preventing inrush current, a power supply in which a precharge circuit including a precharge resistor and a precharge relay connected in series with the precharge resistor is provided, and the precharge circuit is connected in parallel with the main relay The system is known.

그러나 종래의 프리차지 회로는, 프리차지 저항이 차량의 초기 구동 시 외에는 쓰임새가 없으며, 전원 시스템 내에서 큰 부피를 차지한다는 점에서 문제점이 있다.However, the conventional precharge circuit has a problem in that the precharge resistance is not used except when the vehicle is initially driven, and occupies a large volume in the power system.

일본 등록특허공보 제4735000호Japanese Patent Publication No. 4735000

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 별도의 프리차지 저항을 구비할 필요가 없는 전원 시스템을 제공하여, 전원 시스템을 소형화 및 경량화하는 것에 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object thereof is to provide a power system that does not require a separate precharge resistor, thereby reducing the size and weight of the power system.

또한, 본 발명은 전압 밸런싱을 수행할 때의 전기 에너지를 이용하여 배터리팩의 온도를 높일 수 있는 전원 시스템을 제공하여, 차량의 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)을 보다 효율적으로 운용할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.In addition, the present invention provides a power system capable of increasing the temperature of the battery pack by using electric energy when performing voltage balancing, so that the vehicle's battery management system (BMS) can be more efficiently operated. Its purpose is to make it happen.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전원 시스템은, 복수의 배터리셀을 포함하는 배터리팩과 부하를 연결하는 도선에 구비되는 메인 릴레이; 상기 메인 릴레이에 병렬로 연결되며, 발열체 및 프리차지 릴레이를 포함하는 프리차지부; 상기 복수의 배터리셀 및 상기 프리차지부와 연결되며, 상기 복수의 배터리셀로부터 상기 발열체로 전기 에너지를 전달하는 트랜스포머; 상기 복수의 배터리셀 각각을 상기 트랜스포머에 연결하는 복수의 셀 방전 스위치; 및 상기 메인 릴레이, 상기 프리차지 릴레이 및 상기 셀 방전 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, a power system according to the present invention includes: a main relay provided on a conductor connecting a battery pack including a plurality of battery cells and a load; A precharge unit connected in parallel to the main relay and including a heating element and a precharge relay; A transformer connected to the plurality of battery cells and the precharge unit, and transferring electric energy from the plurality of battery cells to the heating element; A plurality of cell discharge switches connecting each of the plurality of battery cells to the transformer; And a control unit controlling operations of the main relay, the precharge relay, and the cell discharge switch.

여기서, 상기 트랜스포머는, 각각의 배터리셀과 연결되는 복수의 1차 권선; 및 일단이 상기 프리차지부에 연결되고, 타단이 상기 배터리팩의 음극단자에 연결되는 2차 권선을 포함할 수 있다.Here, the transformer includes a plurality of primary windings connected to each battery cell; And a secondary winding having one end connected to the precharge part and the other end connected to the negative terminal of the battery pack.

또한, 상기 셀 방전 스위치는 상기 복수의 1차 권선 각각과 직렬로 연결될 수 있다.In addition, the cell discharge switch may be connected in series with each of the plurality of primary windings.

또한, 상기 제어부는 상기 프리차지 스위치를 온으로 제어하고, 상기 메인 릴레이, 상기 복수의 셀 방전 스위치를 오프로 제어하여, 상기 배터리팩의 전압을 상기 발열체를 통해 상기 부하에 프리차지시킬 수 있다.In addition, the controller may precharge the voltage of the battery pack to the load through the heating element by controlling the precharge switch to be ON and controlling the main relay and the plurality of cell discharge switches to be OFF.

또한, 상기 제어부는 상기 부하의 전압을 모니터링하여, 상기 배터리팩 전압과 상기 부하 전압의 차이값이 기 설정된 값 이하인 것으로 판단하면, 상기 메인 릴레이를 온으로 제어하고, 상기 프리차지 릴레이를 오프로 제어할 수 있다.In addition, the control unit monitors the voltage of the load and, if it is determined that the difference between the battery pack voltage and the load voltage is less than or equal to a preset value, controls the main relay to be ON and the precharge relay to be turned off. can do.

또한, 상기 제어부는 상기 배터리팩의 온도를 모니터링하여 기 설정된 값 이하인 것으로 판단하면, 상기 복수의 배터리셀 중 가장 전압이 높은 배터리셀을 선별하여 상기 선별된 배터리셀에 연결된 셀 방전 스위치에 PWM(Pulse width modulation) 신호를 인가할 수 있다.In addition, if the control unit monitors the temperature of the battery pack and determines that it is less than a preset value, the control unit selects a battery cell with the highest voltage among the plurality of battery cells, and sends a PWM (Pulse) to a cell discharge switch connected to the selected battery cell. width modulation) signal can be applied.

또한, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리셀 각각의 전압을 모니터링하여 전압 밸런싱이 필요한것으로 판단하면, 상기 복수의 배터리셀 중 가장 전압이 높은 배터리셀을 선별하여 상기 선별된 배터리셀에 연결된 셀 방전 스위치에 PWM 신호를 인가할 수 있다.In addition, if the control unit monitors the voltages of each of the plurality of battery cells and determines that voltage balancing is necessary, the control unit selects a battery cell with the highest voltage among the plurality of battery cells, and sends a cell discharge switch connected to the selected battery cells. PWM signal can be applied.

또한, 본 발명에 따른 전원 시스템은 상기 셀 방전 스위치와 상기 1차 권선이 연결되는 각각의 경로에 구비되는 1차 권선 다이오드를 더 포함할 수 있다.In addition, the power system according to the present invention may further include a primary winding diode provided in each path to which the cell discharge switch and the primary winding are connected.

또한, 본 발명에 따른 전원 시스템은 상기 2차 권선과 상기 프리차지부가 연결되는 경로에 구비되는 2차 권선 다이오드를 더 포함할 수 있다.In addition, the power system according to the present invention may further include a secondary winding diode provided in a path connecting the secondary winding and the precharge unit.

본 발명에 따른 전원 시스템에 의하면, 발열체를 통해 부하를 프리차지하기 때문에 별도의 프리차지 저항을 구비할 필요가 없으며, 이에 따라 전원 시스템의 소형화 및 경량화가 가능하다.According to the power system according to the present invention, since the load is precharged through the heating element, it is not necessary to have a separate precharge resistor, and thus, the power system can be miniaturized and lightweight.

또한, 본 발명에 따른 전원 시스템에 의하면, 전압 밸런싱 경로에 발열체가 구비되어 있기 때문에, 복수의 배터리셀 간 전압 밸런싱을 수행할 때의 전기 에너지를 이용하여 배터리팩(10)의 온도를 높일 수 있게 된다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템이 전압 밸런싱과 배터리팩의 온도를 동시에 운용할 수 있으므로, 배터리 관리 시스템을 보다 효율적으로 운용하는 것이 가능해진다.In addition, according to the power system according to the present invention, since the heating element is provided in the voltage balancing path, it is possible to increase the temperature of the battery pack 10 by using electric energy when voltage balancing between a plurality of battery cells is performed. do. Accordingly, since the battery management system can simultaneously operate the voltage balancing and the temperature of the battery pack, it is possible to operate the battery management system more efficiently.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템에 있어서 부하를 프리차지하는 경우의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템에 있어서 전압 밸런싱이 필요한 경우 또는 배터리팩의 온도 상승이 필요한 경우의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a power system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating an operation in the case of precharging a load in the power system according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams schematically illustrating an operation when voltage balancing is required or when a temperature increase of a battery pack is required in a power system according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전원 시스템에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.Hereinafter, a power system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are provided by way of example only in order to sufficiently convey the technical idea of the present invention to those skilled in the art, and the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in any other form. have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a power system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템은 메인 릴레이(100), 프리차지부(200), 트랜스포머(300), 셀 방전 스위치(411, 412, 413) 및 제어부(500)를 포함한다.A power system according to an embodiment of the present invention includes a main relay 100, a precharge unit 200, a transformer 300, a cell discharge switch 411, 412, 413, and a control unit 500.

메인 릴레이(100)는, 전기적으로 연결되는 복수의 배터리셀(11, 12, 13)을 포함하는 배터리팩(10)과 부하(30)를 연결하는 도선에 구비될 수 있다. 이 때, 전기적 연결은 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합 연결일 수 있다. The main relay 100 may be provided on a conductor connecting the load 30 and the battery pack 10 including a plurality of battery cells 11, 12, 13 electrically connected. In this case, the electrical connection may be a series, parallel, or a combination connection of series and parallel.

배터리셀(11, 12, 13)로는 충방전 가능한 2차 전지로서, 니켈-수소 전지 또는 리튬 이온 전지 등이 사용될 수 있다. 또한, 부하(30)에는 인버터, 구동 모터 등이 포함될 수 있다. 도 1에는 배터리셀(11, 12, 13)이 3개만 도시되었으나 2개 또는 4개 이상일 수 있음은 물론이다.As the battery cells 11, 12, 13, as a rechargeable secondary battery, a nickel-hydrogen battery or a lithium ion battery may be used. In addition, the load 30 may include an inverter, a driving motor, and the like. Although only three battery cells 11, 12, and 13 are shown in FIG. 1, it goes without saying that there may be two or four or more.

메인 릴레이(100)가 온으로 동작하면 배터리팩(10)과 부하(30)가 직접 연결된다. 여기서 직접 연결된다는 것은 배터리팩(10)과 부하(30) 사이에 메인 릴레이(100)를 제외하고는 전압을 강하시키는 다른 회로소자가 포함되지 않은 것을 의미한다. 따라서 메인 릴레이(100)가 온으로 동작하면 배터리팩(10)의 고전압이 부하(30)에 바로 인가될 수 있다.When the main relay 100 is turned on, the battery pack 10 and the load 30 are directly connected. Here, direct connection means that other circuit elements for lowering the voltage are not included between the battery pack 10 and the load 30 except for the main relay 100. Therefore, when the main relay 100 is turned on, a high voltage of the battery pack 10 may be directly applied to the load 30.

프리차지부(200)는 메인 릴레이(100)에 병렬로 연결되며, 발열체(210) 및 프리차지 릴레이(220)를 포함할 수 있다.The precharge unit 200 is connected in parallel to the main relay 100 and may include a heating element 210 and a precharge relay 220.

발열체(210)는 배터리셀(11, 12, 13)로부터 전기 에너지를 전달받아 배터리팩(10)의 온도를 상승시킬 수 있다. 여기서, 발열체(210)로는 저항성 발열체인 면상 발열체 등이 사용될 수 있다. The heating element 210 may increase the temperature of the battery pack 10 by receiving electric energy from the battery cells 11, 12, and 13. Here, as the heating element 210, a planar heating element, which is a resistive heating element, may be used.

트랜스포머(300)는 배터리셀(11, 12, 13) 및 프리차지부(200)와 연결되며, 배터리셀(11, 12, 13)로부터 발열체(210)로 전기 에너지를 전달하는 역할을 한다.The transformer 300 is connected to the battery cells 11, 12, 13 and the precharge unit 200, and serves to transfer electric energy from the battery cells 11, 12, 13 to the heating element 210.

또한, 트랜스포머(300)는 배터리셀(11, 12, 13) 각각과 연결되는 복수의 1차 권선(311, 312, 313), 및 일단이 프리차지부(200)에 연결되고 타단이 배터리팩(10)의 음극단자(22)에 연결되는 2차 권선(320)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 트랜스포머(300)의 2차 권선(320)은 발열체(210)와 프리차지 릴레이(220) 사이에 연결될 수 있다. 따라서 프리차지 릴레이(220)가 오프로 동작하는 경우, 2차 권선(320)에 인가되는 전압에 의한 전기 에너지는 발열체(210)를 통해 배터리팩(10)으로 전달될 수 있게 된다.In addition, the transformer 300 has a plurality of primary windings 311, 312, 313 connected to each of the battery cells 11, 12, 13, and one end connected to the precharge unit 200 and the other end connected to the battery pack ( It may include a secondary winding 320 connected to the negative terminal 22 of 10). More specifically, the secondary winding 320 of the transformer 300 may be connected between the heating element 210 and the precharge relay 220. Therefore, when the precharge relay 220 is operated in off, electric energy due to the voltage applied to the secondary winding 320 can be transferred to the battery pack 10 through the heating element 210.

트랜스포머(300)의 1차 권선(311, 312, 313) 및 2차 권선(320)은 공통의 코어에 감겨 있다.The primary windings 311, 312, 313 and the secondary winding 320 of the transformer 300 are wound on a common core.

한편, 배터리셀 간의 충전 전압이 불균형하게 되면, 상대적으로 다른 배터리셀에 비해 전압이 낮은 배터리셀에 의해 전력 공급이 제한되기 때문에 전체 배터리팩(10)의 전력 공급 능력이 감소하는 문제가 생기게 된다. 이에 따라, 배터리팩(10)의 전원을 동력원으로 사용하는 차량의 배터리 관리 시스템에는 전압 밸런싱 기능을 수행하는 장치가 포함된다. On the other hand, when the charging voltage between the battery cells becomes unbalanced, power supply is limited by the battery cells having a relatively lower voltage than other battery cells, so that the power supply capability of the entire battery pack 10 decreases. Accordingly, a battery management system of a vehicle using the power of the battery pack 10 as a power source includes a device that performs a voltage balancing function.

구체적으로 전압 밸런싱이란, 다른 배터리셀에 비해 기준값 이상으로 전압이 큰 배터리셀을 강제로 방전시켜 배터리셀 간의 전압 불균형을 해소하고 모든 배터리셀의 전압을 균일하게 만드는 것이다. 이러한 전압 밸런싱은 저항을 이용하여 전압이 높은 배터리셀의 전압을 방전시켜 충전 에너지를 소비시키는 방식인 패시브(Passive) 방식과, 전압이 높은 배터리셀의 전압을 전압이 낮은 배터리셀로 이동시키는 방식인 액티브(Active) 방식이 있다.Specifically, voltage balancing refers to forcibly discharging a battery cell with a voltage greater than a reference value compared to other battery cells to resolve a voltage imbalance between battery cells and to make the voltage of all battery cells uniform. This voltage balancing is a passive method that consumes charging energy by discharging the voltage of a high voltage battery cell using a resistor, and a method that moves the voltage of a high voltage battery cell to a low voltage battery cell. There is an active method.

트랜스포머(300)는 상기 액티브 방식의 전압 밸런싱을 수행하기 위해 구비될 수 있다. 구체적으로, 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 중 가장 전압이 높은 배터리셀(11)에서 전압이 방전되면 전류가 제1 권선(311)으로 흐르게 되며, 제1 권선(311)과 제2 권선(320)의 권선비에 따라 제2 권선(320)에는 전압이 인가된다. 이후, 제2 권선(320)에 인가된 전압에 의한 전기 에너지는 발열체(210)를 통해 배터리팩(10) 전체에 전달된다. 이 때 전압이 낮은 배터리셀(12, 13)에 상대적으로 많은 전기 에너지가 전달되어 배터리셀(11, 12, 13) 간의 전압을 균일하게 만들게 된다. 즉, 전압이 높은 배터리셀(11)로부터 전압이 낮은 배터리셀(12, 13)로 전압을 이동시키는 액티브 방식의 전압 밸런싱이 이루어지게 되는 것이다.The transformer 300 may be provided to perform the active voltage balancing. Specifically, when a voltage is discharged in the battery cell 11 having the highest voltage among the plurality of battery cells 11, 12, 13, a current flows to the first winding 311, and the first winding 311 and the second A voltage is applied to the second winding 320 according to the turns ratio of the winding 320. Thereafter, electric energy by the voltage applied to the second winding 320 is transferred to the entire battery pack 10 through the heating element 210. At this time, a relatively large amount of electric energy is transmitted to the battery cells 12 and 13 having a low voltage to make the voltage between the battery cells 11, 12 and 13 uniform. That is, voltage balancing of an active method is performed in which a voltage is moved from the battery cell 11 having a high voltage to the battery cells 12 and 13 having a low voltage.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전압 밸런싱이 이루어지는 동안에 전기 에너지 중 일부가 발열체(210)에 전달되고, 이에 따라 발열체가(210)가 발열하게 되면서 배터리팩(10)의 온도를 상승시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, some of the electric energy is transferred to the heating element 210 during voltage balancing, and accordingly, the heating element 210 generates heat, thereby increasing the temperature of the battery pack 10. .

셀 방전 스위치(411, 412, 413)는 상기 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 각각과 트랜스포머(300)를 연결할 수 있다. 또한, 셀 방전 스위치(411, 412, 413)는 각각의 1차 권선(311, 312, 313)과 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 셀 방전 스위치(411, 412, 413)는 배터리셀(11, 12, 13)과 1차 권선(311, 312, 313)을 각각 연결하도록 구성되어 있으므로, 셀 방전 스위치(411, 412, 413)의 온오프 동작에 의해 전압이 가장 높은 배터리셀만을 선택하여 방전시킬 수 있다. 이때, 셀 방전 스위치(411, 412, 413)로는 BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor) 등이 사용될 수 있다.The cell discharge switches 411, 412, 413 may connect each of the plurality of battery cells 11, 12, 13 and the transformer 300. In addition, the cell discharge switches 411, 412, and 413 may be connected in series with each of the primary windings 311, 312, and 313. That is, since the cell discharge switches 411, 412, 413 are configured to connect the battery cells 11, 12, 13 and the primary windings 311, 312, 313, respectively, the cell discharge switches 411, 412, 413 ), only the battery cell with the highest voltage can be selected and discharged. In this case, as the cell discharge switches 411, 412, 413, a Bipolar Junction Transistor (BJT), a Field Effect Transistor (FET), or the like may be used.

셀 방전 스위치(411, 412, 413)가 온으로 동작하면 배터리셀(11, 12, 13)로부터 전압이 방전되고, 1차 권선(311, 312, 313)으로 전류가 흘러 1차 권선(311, 312, 313)에 전압이 인가될 수 있다.When the cell discharge switches 411, 412, 413 are turned on, voltage is discharged from the battery cells 11, 12, 13, and current flows through the primary windings 311, 312, 313, and the primary winding 311, A voltage may be applied to the 312 and 313).

본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템은, 셀 방전 스위치(411, 412, 413)와 1차 권선(311, 312, 313)이 연결되는 각각의 경로에 1차 권선 다이오드(611, 612, 613)가 구비될 수 있다. 이때, 1차 권선 다이오드(611, 612, 613)의 애노드는 셀 방전 스위치(411, 412, 413)에 연결되고, 캐소드는 1차 권선(311, 312, 313)에 연결될 수 있다.In the power supply system according to an embodiment of the present invention, the primary winding diodes 611, 612, 613 are connected to the cell discharge switches 411, 412, 413 and the primary windings 311, 312, 313, respectively. ) May be provided. At this time, the anode of the primary winding diodes 611, 612 and 613 may be connected to the cell discharge switches 411, 412 and 413, and the cathode may be connected to the primary windings 311, 312, 313.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템은, 2차 권선(320)과 프리차지부(200)가 연결되는 경로에 2차 권선 다이오드(700)가 구비될 수 있다. 이때, 2차 권선 다이오드(700)의 애노드는 2차 권선(320)에 연결되고, 캐소드는 프리차지부(200)에 연결될 수 있다.In addition, in the power system according to an embodiment of the present invention, a secondary winding diode 700 may be provided in a path where the secondary winding 320 and the precharge unit 200 are connected. In this case, the anode of the secondary winding diode 700 may be connected to the secondary winding 320 and the cathode may be connected to the precharge unit 200.

제어부(500)는 메인 릴레이(100), 프리차지 릴레이(220) 및 셀 방전 스위치(411, 412, 413)의 온오프 동작을 제어할 수 있다.The controller 500 may control an on-off operation of the main relay 100, the precharge relay 220, and the cell discharge switches 411, 412, and 413.

예를 들어, 제어부(500)는 프리차지 릴레이(220)를 온으로 제어하고, 메인 릴레이(100) 및 셀 방전 스위치(411, 412, 413)를 오프로 제어하여, 배터리팩(10)의 전압을 발열체(210)를 통해 부하(30)에 프리차지시킬 수 있다.For example, the control unit 500 controls the precharge relay 220 to be ON, and controls the main relay 100 and the cell discharge switches 411, 412, and 413 to be OFF, so that the voltage of the battery pack 10 May be precharged to the load 30 through the heating element 210.

이 때, 제어부(500)는 부하(30)의 전압을 모니터링하여 배터리팩(10) 전압과 부하(30) 전압의 차이값이 기 설정된 값 이하인 것으로 판단하면, 메인 릴레이(100)를 온으로 제어하고, 프리차지 릴레이(220)를 오프로 제어할 수 있다. 이를 통해 프리차지는 종료되고 배터리팩(10)과 부하(30)가 직접 연결된다.At this time, the controller 500 monitors the voltage of the load 30 and, if it is determined that the difference between the voltage of the battery pack 10 and the voltage of the load 30 is less than or equal to a preset value, the main relay 100 is turned on. And, it is possible to control the precharge relay 220 to off. Through this, the precharge is terminated and the battery pack 10 and the load 30 are directly connected.

또한, 제어부(500)는 차량 구동 중에 배터리팩(10)의 온도를 모니터링할 수 있다. 이때, 제어부(500)는 배터리팩(10)의 온도가 기 설정된 값 이하인 것으로 판단하면, 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 중 가장 전압이 높은 배터리셀(11)을 선별하여 상기 선별된 배터리셀(11)에 연결된 셀 방전 스위치(411)에 PWM 신호를 인가할 수 있다.Also, the controller 500 may monitor the temperature of the battery pack 10 while the vehicle is being driven. At this time, if it is determined that the temperature of the battery pack 10 is less than or equal to a preset value, the controller 500 selects the battery cell 11 having the highest voltage among the plurality of battery cells 11, 12, and 13 A PWM signal may be applied to the cell discharge switch 411 connected to the battery cell 11.

또한, 제어부(500)는 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 각각의 전압을 모니터링할 수 있다. 이때, 제어부(500)는 배터리셀(11, 12, 13) 간 전압이 불균형하여 전압 밸런싱이 필요한 것으로 판단하면, 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 중 가장 전압이 높은 배터리셀(11)을 선별하여 상기 선별된 배터리셀(11)에 연결된 셀 방전 스위치(411)에 PWM 신호를 인가할 수 있다.In addition, the controller 500 may monitor voltages of each of the plurality of battery cells 11, 12, and 13. At this time, if the control unit 500 determines that voltage balancing is necessary due to the unbalanced voltage between the battery cells 11, 12, 13, the battery cell 11 having the highest voltage among the plurality of battery cells 11, 12, 13 By selecting, a PWM signal may be applied to the cell discharge switch 411 connected to the selected battery cell 11.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템에 있어서 부하(30)를 프리차지하는 경우의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an operation of precharging a load 30 in the power system according to an embodiment of the present invention.

차량 구동 초기에는 메인 릴레이(100), 프리차지 릴레이(220) 및 셀 방전 스위치(411, 412, 413) 모두 오프인 상태이다. At the initial stage of vehicle driving, the main relay 100, the precharge relay 220, and the cell discharge switches 411, 412, and 413 are all off.

제어부(500)는 메인 릴레이(100)를 온으로 제어하기 전에 프리차지 릴레이(220)를 먼저 온으로 제어할 수 있다. 이 경우 메인 릴레이(100)는 오프인 상태이므로 배터리팩(10)의 고전압이 부하(30)에 직접 인가되지 않아 부하(30) 측으로 돌입전류가 흐르는 것이 방지된다. 대신에 배터리팩(10)을 통해 부하(30)로 연결되는 경로에 발열체(210)가 포함되어 있기 때문에 배터리팩(10)의 고전압이 부하(30)에 서서히 충전된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리팩(10)의 온도 상승 기능을 하는 발열체(210)를, 차량의 초기 구동 시 부하(30)를 프리차지하는 경우에 사용할 수 있다.The controller 500 may first control the precharge relay 220 to be turned on before the main relay 100 is turned on. In this case, since the main relay 100 is in an off state, the high voltage of the battery pack 10 is not directly applied to the load 30, so that the inrush current flows toward the load 30 is prevented. Instead, since the heating element 210 is included in the path connected to the load 30 through the battery pack 10, the high voltage of the battery pack 10 is gradually charged to the load 30. That is, according to an embodiment of the present invention, the heating element 210 functioning to increase the temperature of the battery pack 10 may be used when precharging the load 30 during initial driving of the vehicle.

종래에는 차량 전원 시스템에 프리차지 저항을 구비하여, 상기 프리차지 저항을 통해 배터리팩의 전압을 부하에 프리차지시켜 부하에 돌입전류가 흐르는 것을 방지하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리팩(10)의 전압을 발열체(210)를 통해 부하(30)에 프리차지시킬 수 있기 때문에, 별도의 프리차지 저항이 필요하지 않게 된다. 따라서, 차량 전원 시스템을 소형화 및 경량화할 수 있게 된다. Conventionally, a precharge resistor is provided in the vehicle power system, and the voltage of the battery pack is precharged to the load through the precharge resistor to prevent the inrush current from flowing through the load. However, according to an embodiment of the present invention, since the voltage of the battery pack 10 can be precharged to the load 30 through the heating element 210, a separate precharge resistor is not required. Accordingly, it is possible to reduce the size and weight of the vehicle power system.

이후 제어부(500)는, 부하(30)의 전압을 모니터링하여, 배터리팩(10)의 전압과 부하(30) 전압의 차이값이 기 설정된 값 이하가 된 것으로 판단하면, 메인 릴레이(100)를 온으로 제어하고 프리차지 릴레이(220)를 오프로 제어하여 부하(30)의 프리차지를 종료한다. Thereafter, the controller 500 monitors the voltage of the load 30 and, if it is determined that the difference between the voltage of the battery pack 10 and the voltage of the load 30 is less than a preset value, the main relay 100 The precharge of the load 30 is terminated by controlling ON and controlling the precharge relay 220 to OFF.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템에 있어서 전압 밸런싱이 필요한 경우 또는 배터리팩의 온도 상승이 필요한 경우의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.3A and 3B are diagrams schematically illustrating an operation when voltage balancing is required or when a temperature increase of a battery pack is required in a power system according to an exemplary embodiment of the present invention.

제어부(500)는 부하(30)의 프리차지 종료 후 차량 구동 중에도 지속적으로 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 각각의 전압 및 배터리팩(10)의 온도를 모니터링할 수 있다. 이때, 차량 구동 중이란 메인 릴레이(100)가 온으로, 프리차지 릴레이(220)가 오프로 동작하고 있는 상태를 의미한다.The controller 500 may continuously monitor the voltage of each of the plurality of battery cells 11, 12, and 13 and the temperature of the battery pack 10 even while the vehicle is driven after the precharge of the load 30 is terminated. In this case, the vehicle driving means a state in which the main relay 100 is turned on and the precharge relay 220 is operating in an off state.

차량의 배터리팩(10) 성능은 온도에 따라 변동하는 것으로 알려져 있다. 특히 배터리팩(10)의 온도가 낮아질 경우, 충방전 가능한 전력이 작아져 출력 성능이 저하되고 배터리 시스템의 효율 또한 낮아지게 된다. 따라서 배터리팩(10)의 온도를 가능한 한 적정 온도 이상으로 높이는 것이 필요하다.It is known that the performance of the battery pack 10 of a vehicle varies depending on the temperature. In particular, when the temperature of the battery pack 10 is lowered, power capable of charging and discharging decreases, resulting in lower output performance and lower efficiency of the battery system. Therefore, it is necessary to increase the temperature of the battery pack 10 to an appropriate temperature or higher as possible.

제어부(500)는 배터리팩(10)의 온도가 기 설정된 값 이하인 것으로 판단한 경우, 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 중 가장 전압이 높은 배터리셀(11)을 선별하고 상기 선별된 배터리셀(11)에 연결된 셀 방전 스위치(411)에 PWM 신호를 인가한다. When it is determined that the temperature of the battery pack 10 is less than or equal to a preset value, the controller 500 selects the battery cell 11 having the highest voltage among the plurality of battery cells 11, 12, 13, and selects the selected battery cell. A PWM signal is applied to the cell discharge switch 411 connected to (11).

도 3a와 같이, PWM 신호에 따라 셀 방전 스위치(411)가 온으로 동작하면, 선별된 배터리셀(11)에서 전압이 방전되어 1차 권선(311)으로 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 트랜스포머(300)의 코어가 자화되어 전기 에너지가 축적된다. 이때, 1차 권선 다이오드(611)에 의해 1차 권선(311)으로부터 배터리셀(11, 12, 13) 방향으로 전류가 흐르는 것이 방지될 수 있다.As shown in FIG. 3A, when the cell discharge switch 411 is turned on according to a PWM signal, a voltage is discharged from the selected battery cells 11 and a current flows through the primary winding 311, whereby the transformer 300 )'S core is magnetized to accumulate electrical energy. At this time, current flowing from the primary winding 311 to the battery cells 11, 12, and 13 may be prevented by the primary winding diode 611.

이후, 도 3b와 같이, PWM 신호에 따라 셀 방전 스위치(411)가 오프로 동작하면, 상기 축적된 전기 에너지는 2차 권선(320), 발열체(210), 배터리팩의 양극단자(21), 배터리팩(10) 및 배터리팩의 음극단자(22)로 연결되는 전류 경로를 통해 전달된다. 이 과정에서 발열체(210)에 전달된 전기 에너지는 열 에너지로 전환되어 발열체(210)의 발열이 이루어지게 되고, 이에 따라 배터리팩(10)의 온도는 높아지게 된다. 이때, 2차 권선 다이오드(700)에 의해, 발열체(210)로부터 2차 권선(320) 방향으로 전류가 흐르는 것이 방지될 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 3B, when the cell discharge switch 411 is turned off according to the PWM signal, the accumulated electric energy is the secondary winding 320, the heating element 210, the positive terminal 21 of the battery pack, It is transmitted through a current path connected to the battery pack 10 and the negative terminal 22 of the battery pack. In this process, the electric energy transmitted to the heating element 210 is converted into thermal energy, so that the heating element 210 generates heat, and accordingly, the temperature of the battery pack 10 is increased. In this case, the secondary winding diode 700 may prevent current from flowing from the heating element 210 to the secondary winding 320.

한편, 제어부(500)는 배터리셀(11, 12, 13) 간의 전압이 불균일하게 되어 전압 밸런싱이 필요한 것으로 판단한 경우에도, 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 중 가장 전압이 높은 배터리셀(11)을 선별하고 상기 선별된 배터리셀(11)에 연결된 셀 방전 스위치(411)에 PWM 신호를 인가한다. On the other hand, even when the control unit 500 determines that voltage balancing is necessary because the voltage between the battery cells 11, 12, 13 becomes uneven, the battery cell having the highest voltage among the plurality of battery cells 11, 12, 13 11) is selected and a PWM signal is applied to the cell discharge switch 411 connected to the selected battery cell 11.

전압 밸런싱 동작은 상기 배터리팩(10)의 온도를 상승시키는 동작과 동일하다. 즉, 도 3a와 같이, PWM 신호에 따라 셀 방전 스위치(411)가 온으로 동작하면, 선별된 배터리셀(11)에서 전압이 방전되어 1차 권선(311)으로 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 트랜스포머(300)의 코어가 자화되어 전기 에너지가 축적된다. The voltage balancing operation is the same as the operation of raising the temperature of the battery pack 10. That is, as shown in FIG. 3A, when the cell discharge switch 411 is turned on according to the PWM signal, the voltage is discharged from the selected battery cells 11 and current flows to the primary winding 311, thereby causing the transformer The core of 300 is magnetized to accumulate electrical energy.

이후, 도 3b와 같이, PWM 신호에 따라 셀 방전 스위치(411)가 오프로 동작하면, 상기 축적된 전기 에너지는 2차 권선(320), 발열체(210), 배터리팩의 양극단자(21), 배터리팩(10) 및 배터리팩의 음극단자(22)로 연결되는 전류 경로를 통해 전달된다. 이 과정에서 상대적으로 전압이 낮은 배터리셀(12, 13)에 전기 에너지가 전달되어 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 간 전압이 균일화되는 전압 밸런싱이 이루어지게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 3B, when the cell discharge switch 411 is turned off according to the PWM signal, the accumulated electric energy is the secondary winding 320, the heating element 210, the positive terminal 21 of the battery pack, It is transmitted through a current path connected to the battery pack 10 and the negative terminal 22 of the battery pack. In this process, electric energy is delivered to the battery cells 12 and 13 having a relatively low voltage, so that voltage balancing is performed in which voltages between the plurality of battery cells 11, 12, and 13 are equalized.

결론적으로, 배터리팩(10)의 온도를 높이는 것과 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 간 전압 밸런싱은 동일한 과정에 의해 진행된다. 즉, 본 발명에 따른 전원 시스템에 의하면, 배터리팩(10)의 온도를 높임과 동시에 전압 밸런싱도 수행할 수 있다.In conclusion, raising the temperature of the battery pack 10 and balancing the voltage between the plurality of battery cells 11, 12 and 13 are performed by the same process. That is, according to the power system according to the present invention, it is possible to increase the temperature of the battery pack 10 and also perform voltage balancing.

이와 같이 본 발명에 따른 전원 시스템에 의하면, 발열체(210)를 통해 부하(30)를 프리차지하기 때문에 별도의 프리차지 저항을 구비할 필요가 없으며, 이에 따라 전원 시스템의 소형화 및 경량화가 가능하다. As described above, according to the power system according to the present invention, since the load 30 is precharged through the heating element 210, there is no need to provide a separate precharge resistor, and thus, the power system can be miniaturized and lightweight.

또한, 본 발명에 따른 전원 시스템에 의하면, 전압 밸런싱 경로에 발열체가 구비되어 있기 때문에, 복수의 배터리셀(11, 12, 13) 간 전압 밸런싱을 수행할 때의 전기 에너지를 이용하여 배터리팩(10)의 온도를 높일 수 있게 된다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템이 전압 밸런싱과 배터리팩(10)의 온도를 동시에 운용할 수 있으므로, 배터리 관리 시스템을 보다 효율적으로 운용하는 것이 가능해진다.In addition, according to the power system according to the present invention, since the heating element is provided in the voltage balancing path, the battery pack 10 is used by using electric energy when voltage balancing is performed between the plurality of battery cells 11, 12, 13. ) To increase the temperature. Accordingly, since the battery management system can simultaneously operate the voltage balancing and the temperature of the battery pack 10, it becomes possible to operate the battery management system more efficiently.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations are made from these descriptions to those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. It is possible. Therefore, the technical idea of the present invention should be grasped only by the claims, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to belong to the scope of the technical idea of the present invention.

10: 배터리팩
11, 12, 13: 배터리셀
21: 배터리팩 양극단자
22: 배터리팩 음극단자
30: 부하
100: 메인 릴레이
200: 프리차지부
210: 발열체
220: 프리차지 릴레이
300: 트랜스포머
311, 312, 313: 1차 권선
320: 2차 권선
411, 412, 413: 셀 방전 스위치
500: 제어부
611, 612, 613: 1차 권선 다이오드
700: 2차 권선 다이오드10: battery pack
11, 12, 13: battery cell
21: battery pack positive terminal
22: battery pack negative terminal
30: load
100: main relay
200: precharge unit
210: heating element
220: precharge relay
300: transformer
311, 312, 313: primary winding
320: secondary winding
411, 412, 413: cell discharge switch
500: control unit
611, 612, 613: primary winding diode
700: secondary winding diode

Claims (9)

복수의 배터리셀을 포함하는 배터리팩과 부하를 연결하는 도선에 구비되는 메인 릴레이;
상기 메인 릴레이에 병렬로 연결되며, 발열체 및 프리차지 릴레이를 포함하는 프리차지부;
상기 복수의 배터리셀 및 상기 프리차지부와 연결되며, 상기 복수의 배터리셀로부터 상기 발열체로 전기 에너지를 전달하는 트랜스포머;
상기 복수의 배터리셀 각각을 상기 트랜스포머에 연결하는 복수의 셀 방전 스위치; 및
상기 메인 릴레이, 상기 프리차지 릴레이 및 상기 셀 방전 스위치의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 전원 시스템.A main relay provided on a lead connecting a battery pack including a plurality of battery cells and a load;
A precharge unit connected in parallel to the main relay and including a heating element and a precharge relay;
A transformer connected to the plurality of battery cells and the precharge unit, and transferring electrical energy from the plurality of battery cells to the heating element;
A plurality of cell discharge switches connecting each of the plurality of battery cells to the transformer; And
A control unit for controlling the operation of the main relay, the precharge relay, and the cell discharge switch. 제1항에 있어서,
상기 트랜스포머는,
각각의 배터리셀과 연결되는 복수의 1차 권선; 및
일단이 상기 프리차지부에 연결되고, 타단이 상기 배터리팩의 음극단자에 연결되는 2차 권선을 포함하는 전원 시스템.The method of claim 1,
The transformer,
A plurality of primary windings connected to each battery cell; And
A power system including a secondary winding having one end connected to the precharge unit and the other end connected to a negative terminal of the battery pack. 제2항에 있어서,
상기 셀 방전 스위치는 상기 복수의 1차 권선 각각과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The method of claim 2,
The cell discharge switch is a power system, characterized in that connected in series with each of the plurality of primary windings. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 프리차지 스위치를 온으로 제어하고, 상기 메인 릴레이, 상기 복수의 셀 방전 스위치를 오프로 제어하여, 상기 배터리팩의 전압을 상기 발열체를 통해 상기 부하에 프리차지시키는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
And controlling the precharge switch to be ON and controlling the main relay and the plurality of cell discharge switches to be OFF to precharge the voltage of the battery pack to the load through the heating element. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 부하의 전압을 모니터링하여, 상기 배터리팩 전압과 상기 부하 전압의 차이값이 기 설정된 값 이하인 것으로 판단하면, 상기 메인 릴레이를 온으로 제어하고, 상기 프리차지 릴레이를 오프로 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
When it is determined that the difference value between the battery pack voltage and the load voltage is less than or equal to a preset value by monitoring the voltage of the load, the main relay is turned on, and the precharge relay is turned off. Power system. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 배터리팩의 온도를 모니터링하여 기 설정된 값 이하인 것으로 판단하면, 상기 복수의 배터리셀 중 가장 전압이 높은 배터리셀을 선별하여 상기 선별된 배터리셀에 연결된 셀 방전 스위치에 PWM(Pulse width modulation) 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
If it is determined that the temperature of the battery pack is less than a preset value, a pulse width modulation (PWM) signal is sent to a cell discharge switch connected to the selected battery cells by selecting a battery cell with the highest voltage among the plurality of battery cells. Power system, characterized in that applying. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 배터리셀 각각의 전압을 모니터링하여 전압 밸런싱이 필요한것으로 판단하면, 상기 복수의 배터리셀 중 가장 전압이 높은 배터리셀을 선별하여 상기 선별된 배터리셀에 연결된 셀 방전 스위치에 PWM 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
When it is determined that voltage balancing is necessary by monitoring the voltages of each of the plurality of battery cells, selecting a battery cell with the highest voltage among the plurality of battery cells and applying a PWM signal to a cell discharge switch connected to the selected battery cells Power system, characterized in that. 제2항에 있어서,
상기 셀 방전 스위치와 상기 1차 권선이 연결되는 각각의 경로에 구비되는 1차 권선 다이오드를 더 포함하는 전원 시스템.The method of claim 2,
The power system further comprises a primary winding diode provided in each path to which the cell discharge switch and the primary winding are connected. 제2항에 있어서,
상기 2차 권선과 상기 프리차지부가 연결되는 경로에 구비되는 2차 권선 다이오드를 더 포함하는 전원 시스템.The method of claim 2,
A power system further comprising a secondary winding diode provided in a path through which the secondary winding and the precharge unit are connected.
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JPS4735000Y1 (en) 1968-12-31 1972-10-23

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