KR20210080070A - 병렬 배터리 릴레이 진단 장치 및 방법 - Google Patents

병렬 배터리 릴레이 진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩과, 상기 복수의 배터리 팩과 부하 측 사이에 연결되어 상기 복수의 배터리 팩의 충방전을 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 배터리 시스템을 진단하는 배터리 릴레이 진단 장치로서, 상기 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈; 및 상기 배터리 셀 모듈의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 상기 배터리 셀 모듈의 (-)단과 상기 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 포함하는 스위칭부를 포함하고, 상기 배터리 릴레이 진단 장치는, 상기 스위칭부를 온/오프 제어함으로써 상기 배터리 셀 모듈에 인가되는 전류를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온/오프 상태에 기초하여 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 진단부를 포함할 수 있다.

Description

병렬 배터리 릴레이 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING PARALLEL BATTERY RELAY}
본 발명은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 릴레이를 진단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
또한, 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리 관리 시스템에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다.
이러한 배터리 팩에는 포지티브 릴레이(positive relay)를 보호하기 위해 프리차지 릴레이(pre-charge relay)와 프리차지 저항(pre-charge resisor)을 포함하는 프리차지 회로를 사용한다. 그러나, 병렬로 연결된 배터리 팩 구조에서는 이러한 프리차지 회로가 중복되어 사용됨으로써 제조 비용의 상승과 불필요하게 복잡한 제어 로직이 적용되어야 하는 문제가 있었다.
한편, 종래의 배터리 팩이 병렬로 연결된 구조에서는 하나의 배터리에 사용되는 릴레이 제어와 진단 로직을 사용하게 되면 병렬 팩 간에 간섭이 발생하게 되어 오진단이 발생하게 될 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로서, 병렬로 연결되어 있는 배터리 팩의 프리차지 회로 구성을 최소화하여 비용을 절감하고 제어 로직을 단순화할 수 있으며, 병렬로 연결된 다른 배터리 팩의 간섭에 의한 영향을 고려하여 각 릴레이 상태에 따른 진단을 수행함으로써 오진단을 방지할 수 있는 배터리 릴레이 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩과, 상기 복수의 배터리 팩과 부하 측 사이에 연결되어 상기 복수의 배터리 팩의 충방전을 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 배터리 시스템을 진단하는 배터리 릴레이 진단 장치로서, 상기 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈; 및 상기 배터리 셀 모듈의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 상기 배터리 셀 모듈의 (-)단과 상기 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 포함하는 스위칭부를 포함하고, 상기 배터리 릴레이 진단 장치는, 상기 스위칭부를 온/오프 제어함으로써 상기 배터리 셀 모듈에 인가되는 전류를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온/오프 상태에 기초하여 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 진단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 방법은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩과 부하 측 사이에 연결되어 상기 배터리 팩에 포함된 배터리 셀 모듈의 충방전을 제어하는 충방전 제어부와, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈과 상기 배터리 셀 모듈의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 상기 배터리 셀 모듈의 (-)단과 상기 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 포함하는 스위칭부를 구비한 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템을 진단하기 위한 진단 방법으로서, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온/오프 상태에 기초하여 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 릴레이 진단 장치 및 방법에 의하면. 병렬로 연결되어 있는 배터리 팩의 프리차지 회로 구성을 최소화하여 비용을 절감하고 제어 로직을 단순화할 수 있으며, 병렬로 연결된 다른 배터리 팩의 간섭에 의한 영향을 고려하여 각 릴레이 상태에 따른 진단을 수행함으로써 오진단을 방지할 수 있다.
도 1은 단일 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치를 포함하는 배터리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a는 종래의 배터리 시스템의 릴레이 구성을 나타내는 도면이고, 도 3b는 종래의 배터리 시스템의 릴레이 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 구성과 릴레이가 오프인 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이고, 도 4b는 포지티브 릴레이와 네거티브 릴레이가 오프인 경우 배터리 시스템의 릴레이 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 구성과 릴레이가 온인 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이고, 도 5b는 포지티브 릴레이와 네거티브 릴레이가 온인 경우 배터리 시스템의 릴레이 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 단일 배터리 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 (+) 단자 측 또는 (-) 단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다.
여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭 소자로서, 대개는 릴레이를 사용하지만 반도체 스위칭 소자도 포함한다. 예를 들면, 적어도 하나의 릴레이 또는 하나의 MOSFET이 사용될 수 있다.
또한, BMS(20)는, 배터리의 안전성을 확보하기 위해 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있으며, 이를 위해 직접적으로 값을 받거나 센서(12)를 이용하여 배터리 팩의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. BMS(20)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
또한, BMS(20)는, 스위칭 소자(14), 예를 들면, 릴레이 또는 MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다.
상위 제어기(2)는 BMS(20)로 배터리 모듈에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(20)는 상위 제어기로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 본 발명의 배터리 셀이 ESS(Energy Storage System) 또는 차량 등에 이용되는 배터리 팩에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 배터리 팩(1)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치를 포함하는 배터리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(200)은 복수의 배터리 팩(210), 충방전 제어부(220) 및 배터리 릴레이 진단 장치(230)를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 팩(210)은 병렬로 연결되고, 각각이 충방전 제어부(220)와 접속되어 있을 수 있다. 충방전 제어부(220)는 병렬로 연결된 배터리 팩(210)의 개수와 상관없이 하나만 구비될 수 있다. 이 때, 배터리 팩(210) 각각은 배터리 셀 모듈(212)과 스위칭부(214)를 포함할 수 있다.
배터리 셀 모듈(212)은 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
스위칭부(214)는 배터리 셀 모듈(212)의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 배터리 셀 모듈의 (-)단과 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 포함할 수 있다.
충방전 제어부(220)는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩(210)의 충방전을 제어할 수 있다. 이 때, 충방전 제어부(220)는 충방전 스위칭부(222)와 프리차지부(224)를 포함할 수 있다. 또한, 충방전 제어부(220)는 하나의 프리차지 회로만을 포함할 수 있다.
충방전 스위칭부(222)는 병렬로 연결된 배터리 팩(210)의 (+)측에 연결된 포지티브 릴레이와 병렬로 연결된 배터리 팩(210)의 (-)측에 연결된 네거티브 릴레이를 포함할 수 있다. 충방전 스위칭부(222)는 포지티브 릴레이와 네거티브 릴레이를 제어하여 배터리 팩(210)과 부하 측 사이에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
프리차지부(224)는 프리차지 저항과 프리차지 릴레이가 직렬로 연결된 프리차지 회로를 포함하고, 충방전 스위칭부(222)의 포지티브 릴레이에 병렬로 연결될 수 있다. 프리차지부(224)는 배터리 팩(210)의 초기 충전시 속도를 제어하여 포지티브 릴레이를 보호할 수 있다.
배터리 릴레이 진단 장치(230)는 배터리 팩(210)에 포함된 릴레이가 정상적으로 동작하는지 진단할 수 있다. 이 때, 배터리 릴레이 진단 장치(230)는 스위칭 제어부(232), 진단부(234) 및 알람부(236)를 포함할 수 있다.
스위칭 제어부(232)는 배터리 팩(210)의 스위칭부(214) 및 충방전 스위칭부(222)를 온/오프 제어함으로써 배터리 셀 모듈(212)에 인가되는 전류를 제어할 수 있다. 즉, 본 발명은 배터리 팩(210)의 스위칭부(214)를 진단하는 내용으로, 스위칭 제어부(232)는 배터리 셀 모듈(212)의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 배터리 셀 모듈의 (-)단과 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 각각 온/오프 제어함으로써 배터리 셀 모듈(212)에 인가되는 전류를 제어하고, 또한 제1 스위치와 제2 스위치가 정상적으로 동작하는지 진단부(234)가 진단할 수 있도록 할 수 있다.
진단부(234)는 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프 상태에 기초하여 제1 스위치와 제2 스위치에 대한 진단을 수행할 수 있다. 즉, 진단부(234)는 후술하는 바와 같이 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩들(210) 사이의 간섭 여부를 고려하여 결정된 순서에 따라 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행할 수 있다.
구체적으로, 진단부(234)는 제1 스위치와 제2 스위치가 모두 오프 상태인 경우, 제1 스위치 양단의 전압을 복수의 배터리 팩(210)에 대하여 동시에 측정함으로써 진단을 수행하고, 제1 스위치의 배터리 셀 모듈(212)의 (+)측 단이 제2 스위치의 부하 측 단에 연결된 전압을 복수의 배터리 팩(210) 각각에 대하여 순차적으로 측정함으로써 진단을 수행할 수 있다.
또한, 진단부(234)는 제1 스위치가 오프 상태이고, 제2 스위치가 온 상태인 경우, 제1 스위치의 배터리 셀 모듈(212)의 (+)측 단이 제2 스위치의 부하 측 단에 연결된 전압을 복수의 배터리 팩(210)에 대하여 동시에 측정함으로써 진단을 수행할 수 있다. 그리고, 진단부(234)는 제1 스위치와 제2 스위치가 모두 온 상태인 경우, 제1 스위치 양단의 전압을 복수의 배터리 팩 각각에 대하여 순차적으로 측정함으로써 진단을 수행할 수 있다.
알람부(236)는 진단부(234)에 의해 복수의 배터리 팩(210)의 제1 스위치와 제2 스위치 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 경고 알림을 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치에 의하면. 병렬로 연결되어 있는 배터리 팩의 프리차지 회로 구성을 최소화하여 비용을 절감하고 제어 로직을 단순화할 수 있으며, 병렬로 연결된 다른 배터리 팩의 간섭에 의한 영향을 고려하여 각 릴레이 상태에 따른 진단을 수행함으로써 오진단을 방지할 수 있다.
도 3a는 종래의 배터리 시스템의 릴레이 구성을 나타내는 도면이고, 도 3b는 종래의 배터리 시스템의 릴레이 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 3a에 나타낸 바와 같이 종래의 배터리 시스템은 일반적으로 단일 팩 구조를 포함하고 있으며, 프리차지 회로를 삭제함으로써 비용을 절감하였다. 따라서, 도 3b에 나타낸 바와 같이 각각의 릴레이의 온/오프 상태와 상관없이 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 웨이크-업(wake-up)한 이후부터 A, B, C의 각 포인트별 전압을 측정하여 릴레이의 진단을 수행하고 있다.
그러나, 도 3a 및 3b에 나타낸 단일 팩들이 복수 개가 병렬로 연결되는 경우 각 릴레이가 서로 간섭을 일으켜 오진단이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 이러한 병렬 구조의 배터리 팩에서는 새로운 릴레이 제어 및 진단 방식이 필요하다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 구성과 릴레이가 오프인 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이고, 도 4b는 제1 스위치와 제2 스위치가 오프인 경우 배터리 시스템의 릴레이 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템에서는 병렬로 연결된 배터리 팩 간의 간섭이 발생할 수 있어, 각 배터리 팩의 릴레이의 온/오프 상태에 따라 진단을 구분하여 수행하여야 한다.
구체적으로, 도 4b를 참조하면, 배터리 팩의 제1 스위치와 제2 스위치가 모두 오프인 상태인 경우, 도 4a의 1번 팩과 2번 팩의 A 지점에는 배터리 팩 전압이 인가되고, B 전압은 OV로서 이들 배터리 팩 간의 서로 영향을 주지 않기 때문에 복수의 배터리 팩에 대해 B 전압의 측정은 동시에 수행될 수 있다.
한편, 배터리 팩의 제1 스위치와 제2 스위치가 모두 오프인 상태에서 C 전압을 측정하는 경우에는 A 지점과 C 지점을 접속시켜 진단을 수행하는데, 이 때 도 4a에 화살표(실선)으로 나타낸 것과 같이 1번 팩과 2번 팩 간의 서로 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 도 4b에 나타낸 바와 같이 각각의 배터리 팩에 대하여 C 전압의 측정이 순차적으로 이루어져야 한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 구성과 릴레이 온인 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이고, 도 5b는 제1 스위치와 제2 스위치가 온인 경우 배터리 시스템의 릴레이 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 5b를 참조하면, 배터리 팩의 제1 스위치가 오프 상태이고, 제2 스위치가 온인 상태인 경우, 도 5a의 1번 팩과 2번 팩의 C 전압과 D 전압은 그라운드 전압으로서 OV가 인가되므로, 이들 배터리 팩 간의 서로 영향을 주지 않기 때문에 복수의 배터리 팩에 대해 C 전압의 측정은 동시에 수행될 수 있다.
한편, 배터리 팩의 제1 스위치와 제2 스위치가 모두 온인 상태에서 B 전압을 측정하는 경우에는 A 전압과 B 전압 모두 배터리 팩 전압이 인가되는데, 이 때 도 5a에 화살표(실선)으로 나타낸 것과 같이 1번 팩과 2번 팩 간의 서로 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 도 5b에 나타낸 바와 같이 각각의 배터리 팩에 대하여 B 전압의 측정이 순차적으로 이루어져야 한다.
이처럼, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치에 의하면, 각 배터리 팩의 릴레이들의 온/오프 상태에 따른 간섭 여부를 고려하여 동시에 또는 순차적으로 진단을 수행함으로써, 배터리 팩 간의 영향으로 오진단이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6에 나타낸 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 방법은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩과 부하 측 사이에 연결되어 배터리 팩에 포함된 배터리 셀 모듈의 충방전을 제어하는 충방전 제어부와, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈과 배터리 셀 모듈의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 배터리 셀 모듈의 (-)단과 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 포함하는 스위칭부를 구비한 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템을 진단하기 위한 진단 방법이다. 이 때, 충방전 제어부는 하나의 프리차지 회로만을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 릴레이 진단 방법은 배터리 팩에 포함된 릴레이의 온/오프 상태(예를 들면, 배터리 팩들의 간섭 여부)에 기초하여 진단을 수행하는 진단 방법일 수 있다.
도 6을 참조하면, 먼저 제1 스위치와 제2 스위치가 모두 열려 오프 상태인 경우, 제1 스위치 양단의 전압을 복수의 배터리 팩에 대하여 동시에 측정한다(S610).
그리고, 제1 스위치와 제2 스위치가 오프인 상태에서 제1 스위치의 배터리 셀 모듈의 (+)측 단이 제2 스위치의 부하 측 단과 연결된 전압을 복수의 배터리 팩 각각에 대하여 순차적으로 측정한다(S620).
다음으로, 제1 스위치가 오프 상태이고, 제2 스위치가 닫혀 온 상태인 경우, 제1 스위치의 배터리 셀 모듈의 (+)측 단이 제2 스위치의 부하 측 단과 연결된 전압을 복수의 배터리 팩에 대하여 동시에 측정한다(S630).
그리고, 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 모두 닫혀 온 상태인 경우, 제1 스위치 양단의 전압을 복수의 배터리 팩 각각에 대하여 순차적으로 측정한다(S640).
한편, 도 6에는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 방법은 복수의 배터리 팩의 제1 스위치와 제2 스위치 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 경고 알림을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 방법에 의하면. 병렬로 연결되어 있는 배터리 팩의 프리차지 회로 구성을 최소화하여 비용을 절감하고 제어 로직을 단순화할 수 있으며, 병렬로 연결된 다른 배터리 팩의 간섭에 의한 영향을 고려하여 각 릴레이 상태에 따른 진단을 수행함으로써 오진단을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 릴레이 진단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 배터리 릴레이 진단 장치(700)는, 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 710)와, 운영체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 제1, 2 스위치의 상태를 진단할 수 있는 배터리 릴레이 진단 알고리즘 프로그램, 배터리 팩 내 스위치를 제어할 수 있는 배터리 스위칭 제어 프로그램) 등이 기록되는 메모리(720)와, 배터리 셀 모듈 및/또는 스위칭 소자의 전압, 전류, 온도 등의 데이터가 오고 갈 수 있는 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(730)와, 유무선 통신망을 통해 외부와 통신 가능한 통신 인터페이스(740)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(720)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(710)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수 있다.
이상에서는 본 발명이 배터리 팩 내 프리차지 회로가 없는 구조로 설명하였으나, 프리차지가 있는 배터리라 할지라도 본 발명에 적용된 원리는 동일하게 적용할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 팩 2: 상위 제어기
10: 배터리 모듈 12: 센서
14: 스위칭부 20: BMS
200: 배터리 시스템 210: 배터리 팩
212: 배터리 셀 모듈 214: 스위칭부
220: 충방전 제어부 222: 충방전 스위칭부
224: 프리차지부 230: 배터리 릴레이 진단 장치
232: 스위칭 제어부 234: 진단부
700: 배터리 릴레이 진단 장치 710: MCU
720: 메모리 730: 입출력 I/F
740: 통신 I/F

Claims (13)

  1. 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩과, 상기 복수의 배터리 팩과 부하 측 사이에 연결되어 상기 복수의 배터리 팩의 충방전을 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 배터리 시스템을 진단하는 배터리 릴레이 진단 장치로서,
    상기 배터리 팩은,
    복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈; 및
    상기 배터리 셀 모듈의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 상기 배터리 셀 모듈의 (-)단과 상기 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 포함하는 스위칭부를 포함하고,
    상기 배터리 릴레이 진단 장치는,
    상기 스위칭부를 온/오프 제어함으로써 상기 배터리 셀 모듈에 인가되는 전류를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온/오프 상태에 기초하여 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 진단부를 포함하는 배터리 릴레이 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 복수의 배터리 팩들 사이의 간섭 여부를 고려하여 결정된 순서에 따라 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 배터리 릴레이 진단 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 진단부는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 모두 오프 상태인 경우, 상기 제1 스위치 양단의 전압을 상기 복수의 배터리 팩에 대하여 동시에 측정함으로써 진단을 수행하고, 상기 제1 스위치의 상기 배터리 셀 모듈의 (+)측 단이 상기 제2 스위치의 상기 부하 측 단과 연결된 전압을 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대하여 순차적으로 측정함으로써 진단을 수행하는 배터리 릴레이 진단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 진단부는 상기 제1 스위치가 오프 상태이고, 상기 제2 스위치가 온 상태인 경우, 상기 제1 스위치의 상기 배터리 셀 모듈의 (+)측 단이 상기 제2 스위치의 상기 부하 측 단과 연결된 전압을 상기 복수의 배터리 팩에 대하여 동시에 측정함으로써 진단을 수행하는 배터리 릴레이 진단 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 진단부는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 모두 온 상태인 경우, 상기 제1 스위치 양단의 전압을 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대하여 순차적으로 측정함으로써 진단을 수행하는 배터리 릴레이 진단 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부에 의해 상기 복수의 배터리 팩의 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우 경고 알림을 발생시키는 알람부를 포함하는 배터리 릴레이 진단 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 배터리 팩의 상기 제1 스위치들의 부하 측 단자들끼리 서로 연결되고, 상기 복수의 배터리 팩의 상기 제2 스위치들의 부하 측 단자들끼리 서로 연결되는 배터리 릴레이 진단 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 충방전 제어부는 하나의 프리차지(pre-charge) 회로만을 포함하는 배터리 릴레이 진단 장치.
  9. 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩과 부하 측 사이에 연결되어 상기 배터리 팩에 포함된 배터리 셀 모듈의 충방전을 제어하는 충방전 제어부와, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 모듈과 상기 배터리 셀 모듈의 (+)단과 부하 측 사이에 구비된 제1 스위치와 상기 배터리 셀 모듈의 (-)단과 상기 부하 측 사이에 구비된 제2 스위치를 포함하는 스위칭부를 구비한 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템을 진단하기 위한 진단 방법으로서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온/오프 상태에 기초하여 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 단계를 포함하는 배터리 릴레이 진단 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 단계는 상기 복수의 배터리 팩들 사이의 간섭 여부를 고려하여 결정된 순서에 따라 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 배터리 릴레이 진단 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 단계는,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 모두 오프 상태인 경우, 상기 제1 스위치 양단의 전압을 상기 복수의 배터리 팩에 대하여 동시에 측정하는 단계; 및
    상기 제1 스위치의 상기 배터리 셀 모듈의 (+)측 단이 상기 제2 스위치의 상기 부하 측 단과 전압을 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대하여 순차적으로 측정하는 단계를 포함하는 배터리 릴레이 진단 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 단계는, 상기 제1 스위치가 오프 상태이고, 상기 제2 스위치가 온 상태인 경우, 상기 제1 스위치의 상기 배터리 셀 모듈의 (+)측 단이 상기 제2 스위치의 상기 부하 측 단과 연결된 전압을 상기 복수의 배터리 팩에 대하여 동시에 측정하는 단계를 포함하는 배터리 릴레이 진단 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 대한 진단을 수행하는 단계는, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 모두 온 상태인 경우, 상기 제1 스위치 양단의 전압을 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대하여 순차적으로 측정하는 단계를 포함하는 배터리 릴레이 진단 방법.
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