KR20220157181A - 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents

배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220157181A
KR20220157181A KR1020210064943A KR20210064943A KR20220157181A KR 20220157181 A KR20220157181 A KR 20220157181A KR 1020210064943 A KR1020210064943 A KR 1020210064943A KR 20210064943 A KR20210064943 A KR 20210064943A KR 20220157181 A KR20220157181 A KR 20220157181A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
battery
voltage
switch
high voltage
Prior art date
Application number
KR1020210064943A
Other languages
English (en)
Inventor
김근용
김현
최선호
Original Assignee
삼성에스디아이 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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020210064943A priority Critical patent/KR20220157181A/ko
Priority to EP22174390.9A priority patent/EP4096052A1/en
Priority to US17/664,196 priority patent/US20220376489A1/en
Priority to CN202210556790.6A priority patent/CN115377945A/zh
Publication of KR20220157181A publication Critical patent/KR20220157181A/ko
Priority to KR1020240035900A priority patent/KR20240038947A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0084—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to control modules
    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • 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
    • 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
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/10—Control circuit supply, e.g. means for supplying power to the control circuit
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 배터리 보호 장치는, 고전압 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 연결되어 있는 고전압 스위치, 상기 고전압 스위치를 작동시키는 전원을 공급하는 배터리, 그리고 상기 배터리에 이상이 발생하면, 상기 고전압 스위치가 개방되도록 제어하는 신호를 출력하는 스위치 제어 회로를 포함한다.

Description

배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템{BATTERY PROTECTION APPARATUS AND BATTERY SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 개시는 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
충전식 또는 이차전지(rechargeable or secondary battery)는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서, 화학 물질의 전기 에너지로의 비가역적 변환만을 제공하는 일차전지와 상이하다. 저용량의 재충전 가능한 배터리는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원 공급 장치로서 사용되고, 고용량의 재충전 가능한 배터리는 전기차량(EV: Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV: Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이나 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply) 시스템 등의 전원 공급 장치로서 사용된다.
배터리 시스템에 연결되어 있는 다양한 전기 소비자의 동적 전력 수요를 충족시키기 위해, 배터리 전력 출력 및 충전에 대한 정적 제어만으로는 충분하지 않다. 따라서, 배터리 시스템과 전기 소비자들의 컨트롤러들 사이에 정보가 꾸준히 또는 간헐적으로 교환되어야 한다. 이 정보는 배터리 시스템 실제충전 상태(SoC: state of charge), 잠재적인 전기적 성능, 충전 능력, 및 내부 저항은 물론 실제 또는 예측 전력 수요 또는 소비자 잉여분을 포함한다.
전술한 파라미터의 모니터링, 제어, 및/또는 설정을 위해, 배터리 시스템은 제어 전자 장치(control electronics)를 포함한다. 이러한 제어 전자 장치는 배터리 시스템의 필수 부품일 수 있고 공통의 하우징 내에 배치될 수 있거나 또는 적절한 통신 버스를 통해 배터리 시스템과 통신하는 원격 제어 유닛의 일부일 수 있다. 이들 제어 전자 장치는 배터리 시스템에서 다양한 기능을 수행할 수 있다.
배터리 시스템의 제어 전자 장치, 예를 들어, 배터리 시스템 관리자(BSM: battery system manager), 배터리 관리 시스템(BMS: battery management system), 배터리 모니터링 유닛(BMU: battery monitoring unit) 또는 시스템 기반 칩(SBC: system basis chip)은, 그들이 제어하는 배터리 시스템에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 이러한 방식은 제어 전자 장치를 위한 추가 전원이 생략될 수 있어, 배터리 시스템의 설치 공간 요구를 감소시킬 수 있다. 그러나 배터리 시스템의 출력 전압에 따라, 예를 들어, 48V와 같은 고전압의 배터리 시스템은 제어 전자 장치에 전력을 공급하기 위해 출력 전압의 조절이 요구된다.
배터리 시스템은 배터리 시스템의 전력 인터페이스의 전압 레벨 제어를 제공하고 허용되지 않는 동작 조건의 경우 전력 인터페이스의 빠르고 신뢰성 있는 안전 차단을 가능하게 하는 보호 시스템을 더 포함할 수 있다. 이러한 보호 시스템은 배터리 시스템과 배터리 시스템의 외부 단자 사이의 전원 연결을 차단하도록 구성될 수 있다. 통상적으로 보호 시스템은 전기 기계 스위치를 포함하며, 이는 배터리 시스템의 마이크로컨트롤러 유닛(MCU: microcontroller unit)에 의해 제어된다.
일반적으로, 보호 시스템의 전기 기계적 스위치로서 릴레이 구동 회로에 의해 제어되는 하나 이상의 릴레이가 사용된다. 릴레이의 릴레이 코일은 저전압의 배터리 시스템에 의해 작동된다. 저전압 배터리 시스템으로부터 동작 전원이 정상적으로 공급되지 않는 경우, 릴레이에 물리적 손상이 발생될 수 있는 문제가 있다.
실시예들은 릴레이를 정상적으로 작동시키기 위한 것이다.
실시예들은 릴레이를 보호하기 위한 것이다.
실시예들은 순간적인 동작 전원 비정상 공급에도 릴레이를 작동시키기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 배터리 보호 장치는 고전압 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 연결되어 있는 고전압 스위치, 고전압 스위치를 작동시키는 전원을 공급하는 배터리, 그리고 배터리에 이상이 발생하면, 고전압 스위치가 개방되도록 제어하는 신호를 출력하는 스위치 제어 회로를 포함한다.
배터리의 상태에 기초하여, 개방된 고전압 스위치의 개방 상태를 유지하도록 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 제어부가 신호를 출력한 후에, 스위치 제어 회로의 신호 출력을 중지하도록 스위치 제어 회로를 제어할 수 있다.
배터리의 전압을 작동 전압으로 변환하여 출력하는 컨버터, 그리고 작동 전압을 레귤레이팅하여 스위치 제어 회로에 구동 전압으로서 인가하고, 제어부의 오동작 검출에 따른 제어 신호를 출력하는 전원 공급부를 더 포함하고, 스위치 제어 회로는 작동 전압의 크기에 기초하여 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력할 수 있다.
스위치 제어 회로는, 작동 전압과 제1 임계 전압을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기, 비교 신호의 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 래치 오프 회로, 및 제어부의 신호, 래치 오프 회로의 제어 신호, 및 전원 공급부의 제어 신호를 입력받고, 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 AND 게이트 회로를 포함할 수 있다.
비교기는 작동 전압이 제1 임계 전압 미만이면, 이네이블 레벨의 비교 신호를 디세이블 레벨로 변경하고, 작동 전압이 제1 임계 전압보다 더 큰 제2 임계 전압 이상이면, 디세이블 레벨의 비교 신호를 이네이블 레벨로 변경할 수 있다.
스위치 제어 회로는, 작동 전압을 입력받는 필터, 필터의 출력 전압과 임계 전압을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기, 비교 신호의 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 래치 오프 회로, 및 제어부의 신호, 래치 오프 회로의 제어 신호, 및 전원 공급부의 제어 신호를 입력받고, 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 AND 게이트 회로를 포함할 수 있다.
스위치 제어 회로는, 작동 전압이 임계 전압 이하인 시간이 소정 시간 이상인지 판정하여 비교 신호를 출력하는 타이머, 비교 신호의 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 래치 오프 회로, 및 제어부의 신호, 래치 오프 회로의 제어 신호, 및 전원 공급부의 제어 신호를 입력받고, 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 AND 게이트 회로를 포함할 수 있다.
고전압 스위치는, 작동 전압이 인가되는 코일, 및 고전압 스위치를 제어하는 신호에 기초하여 코일에 작동 전압을 인가하는 고전압측 드라이버 및 저전압측 드라이버 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 보호 방법은 고전압 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 연결되어 있는 고전압 스위치를 제어하는 배터리 보호 방법으로서, 스위치 제어 회로가, 고전압 스위치를 작동시키는 전원을 공급하는 배터리의 전압이 변환된 작동 전압을 컨버터로부터 수신하는 단계, 스위치 제어 회로가, 작동 전압이 임계 전압 미만이면, 고전압 스위치가 개방되도록 제어하는 신호를 출력하는 단계, 제어부가, 배터리의 상태에 기초하여, 개방된 고전압 스위치의 개방 상태를 유지하도록 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 단계, 그리고 제어부가 신호를 출력한 후에, 제어부가, 스위치 제어 회로의 신호 출력을 중지하도록 스위치 제어 회로를 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 배터리 시스템은 고전압 배터리 모듈, 그리고 전술한 배터리 보호 장치를 포함한다.
일 실시예에 따른 차량은 모터 및 인버터를 포함하는 외부 부하, 고전압 배터리 모듈, 그리고 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 보호 장치를 포함한다.
실시예들에 따르면, 배터리 시스템에 연결된 릴레이의 물리적 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
실시예들에 따르면, 동작 전원의 비정상 공급에도 강건한 보호 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
실시예들에 따르면, 배터리로 인한 추가적인 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도(block diagram)이다.
도 2는 일 실시예의 배터리 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 1의 배터리 보호 시스템의 일례를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예의 배터리 보호 시스템이 작동하는 경우의 신호를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 배터리 보호 시스템의 다른 예를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 6은 도 1의 배터리 보호 시스템의 또 다른 예를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 작용 효과 및 그 구현 방법을 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 소자를 나타내며, 중복되는 설명은 생략된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구체화될 수 있으며, 여기에 도시된 실시예들에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 될 수 있도록 예로서 제공되며, 당업자에게 본 발명의 양태 및 특징을 충분히 전달할 것이다.
따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 소자, 층, 및 영역의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관되고 열거된 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 기술할 때 "할 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다. 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥이 다른 것을 명백하게 나타내지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다.
"제1" 및 "제2"라는 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 것이다. 이 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로, 제2 요소는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 제1 요소로 명명될 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련되고 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다. "적어도 하나"와 같은 표현은, 요소들의 목록에 선행하여, 요소의 전체 목록을 수정하고 목록의 개별 요소를 수정하지 않는다.
여기서 사용되는 용어 "실질적으로", "약" 및 유사한 용어는 근사의 용어로 사용되고 정도의 용어로 사용되지 않으며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식될 수 있는 측정된 값 또는 계산된 값의 고유한 편차를 설명하기 위한 것이다. 또한, 용어 "실질적으로"가 수치를 사용하여 표현될 수 있는 특징과 조합하여 사용되면, "실질적인"이라는 용어는 그 수치를 중심으로 한 값의 +/-5%의 범위를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도(block diagram)이다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템은 차량에 적용될 수 있고, 차량 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(UPS) 시스템 등 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
도 1의 배터리 시스템이 차량에 적용된 경우를 예를 들어 설명한다. 배터리 시스템은 모터에 구동력을 제공하여 차량을 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리 시스템의 고전압 배터리 모듈(10)은 부하(20)에 연결되어 있다. 부하(20)는 인버터, 모터 등을 적어도 하나 포함한다.
고전압 배터리 모듈(10) 내에는 복수의 단위 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있다. 여기서, 고전압 배터리 모듈(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수 있다.
또한, 고전압 배터리 모듈(10)은 외부 전원 연결에 의해 충전될 수 있고, 모터 및/또는 내연 기관의 구동에 따라 인버터에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 고전압 배터리 모듈(10)은 충전 전류 또는 방전 전류에 의해 충전 또는 방전될 수 있다.
고전압 배터리 모듈(10)의 충전/방전 경로 상에 고전압 배터리 모듈(10)을 보호하기 위한 릴레이(relay)(30)가 위치할 수 있다. 릴레이(30)는 고전압 배터리 모듈(10)에 대한 보호 작동을 수행할 수 있다. 릴레이(30)는 스위치 제어 회로(100)로부터 작동 전압(VC)를 공급받고, 스위치 제어 회로(100)의 제어 하에 작동할 수 있다.
릴레이(30) 외에도, 콘택터(contactor)와 같은 고저압, 고전류에 강인한 스위치가 사용될 수 있다. 이러한 고전압 스위치들은 스위칭 작동을 위한 코일(coil)과 코일에 인가되는 제어 전압을 스위칭하여 고전압 스위치의 스위칭(개폐)을 제어하는 드라이버를 포함하며, 드라이버에 의해 코일에 인가되는 전압에 따라 접점이 작동하여 개폐될 수 있다. 드라이버는 저전압(low voltage, LV)으로 동작한다.
배터리 시스템은 릴레이(30)의 개폐를 제어하기 위한 스위치 제어 회로(100)를 더 포함할 수 있다. 스위치 제어 회로(100)는 저전압 배터리(110), 컨버터(120), 전원 공급부(130), 릴레이 제어부(140), 및 제어부(150)를 포함한다.
컨버터(120)는 저전압 배터리(110)에 연결되어 있다. 컨버터(120)는 저전압 배터리(110)의 전압(LV)에 기초하여 작동 전압(VC)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 컨버터(120)는 릴레이(30), 스위치 제어 회로(100) 내의 전원 공급부(130) 및 릴레이 제어부(140)에 작동 전압(VC)을 전달할 수 있다. 컨버터(120)는 저전압 배터리(110)의 전압(LV)을 승압 및/또는 강압하여 출력할 수 있다. 컨버터(120)는 DC-DC 컨버터로서, 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter)로서 구성될 수 있으나, 컨버터(120)의 종류는 이에 제한되지 않는다.
전원 공급부(SBC: System Basis Chip)(130)는 전압 레귤레이터(voltage regulator), 감시 기능(supervision function), 리셋 발생기(reset generator), 워치독 기능, 버스 인터페이스, 웨이크업 로직 등이 집적화된 집적 회로이다.
전원 공급부(130)는 제어부(150)의 오동작(fault)을 검출할 수 있다. 이를 위해, 전원 공급부(130)는 제어부(150)와 지속적으로 통신하며, 제어부(150)와의 통신 상태로부터 제어부(150)의 오동작을 판단할 수 있다. 또한, 전원 공급부(130)는 제어부(150)의 오동작을 검출하기 위해 제어부(150)로부터 오류 검출 신호를 주기적으로 수신하며, 오류 검출 신호의 수신 상태(수신 여부, 펄스 폭, 수신 주기 등)에 따라서 제어부(150)의 오동작을 판단할 수도 있다.
전원 공급부(130)는 제어부(150)의 오동작 검출 시 제어부(150) 대신 드라이버(15)를 제어하기 위한 보조 제어기로 동작할 수 있다. 전원 공급부(130)는 릴레이 제어부(140)를 제어하기 위한 제어 신호(SS: Safety Signal)를 릴레이 제어부(140)로 출력하며, 제어부(150)의 오동작 검출에 따라 제어 신호(SS)의 레벨을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)가 정상 동작 중에는 제어 신호 SS)의 레벨을 하이 레벨로 유지하고, 제어부(150)의 오동작이 검출되면 제어 신호(SS)의 레벨을 로우 레벨로 변경할 수 있다.
제어부(MCU: microcontroller unit)(150)는 릴레이 제어부(140)에 제어 신호(CS)를 인가하는 메인 제어기로, 고전압 배터리 모듈(10)과 저전압 배터리(110)의 상태 정보(예를 들어, 전압, 전류, 전압, SoC 등), 차량의 상태 정보, 차량 구동 모드 등에 기초하여 릴레이 제어부(140)를 제어하기 위한 제어 신호(CS)를 출력할 수 있다.
릴레이 제어부(140)는 컨버터(120)로부터 인가되는 작동 전압(VC), 전원 공급부(130)로부터 인가되는 제어 신호(SS), 및 제어부(150)로부터 인가되는 제어 신호(CS: Control Signal)에 기초하여 릴레이(30)의 개폐를 제어한다.
릴레이 제어부(140)는 작동 전압(VC)이 정상적으로 공급되지 않는 경우, 릴레이(30)를 스위칭시킨다. 예를 들어, 1 마이크로초 내지 1 밀리초의 짧은 시간 동안 저전압(VL)이 컨버터(120)에 인가되지 않거나, 저전압(VL) 값이 의도치 않게 변화하는 글리치(Glitch)가 발생할 수 있다. 이 경우 릴레이(30)의 코일을 구동하기 위한 작동 전압(VC)이 하강한다. 짧은 시간 동안 발생하는 글리치 현상에 대응해서, 전원 공급부(130)와 제어부(150)는 제어 신호(SS, CS)를 즉시 출력하기 어렵다. 이는 전원 공급부(130)와 제어부(150)가 디지털 신호 처리를 통해 저전압(VL) 내지는 작동 전압(VC)을 처리하는 데 1 밀리초 이상의 시간이 요구되기 때문이다.
작동 전압(VC)이 비정상적으로 공급되면, 릴레이(30)에 제공되는 비정상적인 작동 전압(VC)에 의해 릴레이(30)가 소손되거나 융착되지 않도록, 릴레이 제어부(140)는 릴레이(30)의 작동을 중지한다(오픈한다).
또한, 제어부(150)에 의해 글리치에 대응하여 릴레이(30)를 제어하는 제어 신호(CS)가 출력된 이후에도, 소정 시간 동안 릴레이의 작동이 유지된다. 소정 시간은 설계에 따라 상이할 수 있다. 따라서 릴레이 제어부(140)와 제어부(150)에 의해 릴레이(30)가 연속적으로 제어되어, 채터링(chattering)을 방지할 수 있다.
다음으로 도 2를 참조하여, 릴레이(30)의 보호 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 일 실시예의 배터리 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 릴레이 제어부(140)는 컨버터(130)에서 출력하는 작동 전압(VC)을 입력(S200)받는다.
컨버터(130)의 작동 전압(VC)이 임계 전압(Vth) 미만이면(S210의 "예"), 릴레이 제어부(140)는 릴레이(30)의 작동을 중지하도록 제어(S220)한다.
컨버터(130)의 작동 전압(VC)이 임계 전압(Vth) 이상이면(S210의 "아니오"), 릴레이 제어부(140)는 컨버터(130)의 작동 전압(VC)을 계속 입력(S200)받는다.
제어부(150)가 릴레이(30)의 작동을 제어(S230)한다.
그러면 릴레이 제어부(140)는 릴레이(30)의 제어를 중단(S240)한다.
다음으로 도 3을 참조하여 배터리 보호 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1의 배터리 보호 시스템의 일례를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 릴레이(30)의 개폐를 제어하기 위한 스위치 제어 회로(300)는 저전압 배터리(310), 컨버터(320), 전원 공급부(330), 릴레이 제어부(340), 및 제어부(350)를 포함한다.
전원 공급부(330)는 작동 전압(VC)을 수신하여 비교기(342), 래치 오프 회로(344), 및 제어부(350)에 레귤레이팅된 전압(VD)를 전달한다. 전압(VD)은 비교기(342), 래치 오프 회로(344), 및 제어부(350)가 구동하는 데 사용된다.
릴레이 제어부(340)는 비교기(342), 래치 오프 회로(344), 및 AND 게이트 회로(346)를 포함한다.
비교기(342)는 컨버터(320)로부터 작동 전압(VC)을 입력받는다. 비교기(342)는 진폭 히스테리시스를 가질 수 있다. 비교기(342)는 작동 전압(VC)과 임계 전압을 비교하여, 비교 신호(Vcom)를 출력한다.
래치 오프 회로(344)는 비교 신호(Vcom)의 레벨에 따른 제어 신호(Vlat)를 출력한다. 래치 오프 회로(344)는 비교 신호(Vcom)의 레벨이 변경되면(작동 전압(VC)이 제1 임계 전압 미만인 때), 제어 신호(Vlat)의 레벨을 변경한다. 비교 신호(Vcom)의 레벨이 변경되면(작동 전압(VC)이 제2 임계 전압 이상인 때), 소정 기간 동안 제어 신호(Vlat)의 레벨이 유지된 후에, 제어 신호(Vlat)의 레벨이 변경된다.
AND 게이트 회로(346)는 제어 신호(Vlat), 제어 신호(SS1/SS2), 및 제어 신호(CS)를 입력받고, 고전압측/저전압측 드라이버(34, 36)를 제어하는 스위치 제어 신호(OUT)를 출력한다. AND 게이트 회로(346)는 입력받은 신호들이 모두 이네이블 레벨인 때, 이네이블 레벨의 스위치 제어 신호(OUT)를 출력한다. 그러면 드라이버(34, 36)를 통해 코일(32)에 작동 전압(VC)가 인가되어 릴레이(30)가 닫힌다. AND 게이트 회로(346)는 입력받은 신호들 중 적어도 하나가 디세이블 레벨인 때, 디세이블 레벨의 스위치 제어 신호(OUT)를 출력한다. 그러면, 드라이버(34, 36) 중 적어도 하나가 코일(32)에 작동 전압(VC) 인가를 중단시켜 릴레이(30)가 열린다.
제어부(350)는 제어 신호(CS)를 AND 게이트 회로(346)에 출력한다. 저전압(VL)에 글리치가 발생하면 제어부(350)는 이에 기초하여 제어 신호(CS)의 레벨을 변경할 수 있다. 제어 신호(CS)의 레벨을 변경하고 소정 시간이 경과하면, 제어부(350)는 래치 오프 회로(344)를 클리어하는 신호(CL)를 출력한다. 신호(CL)에 의해 래치 오프 회로(344)가 클리어된다(즉, 제어 신호(Vlat)의 레벨이 이네이블 레벨로 변경된다).
관련하여 도 4를 함께 참조하여 배터리 보호 시스템의 작동에 대해 설명한다.
도 4는 일 실시예의 배터리 보호 시스템이 작동하는 경우의 신호를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, t1 이전에 저전압(VL)은 V1 레벨로 공급되고 있다. t1에서 저전압 배터리(310)에 글리치가 발생하여 저전압(VL)이 V0 레벨(V1>V0)로 공급된다. V0 레벨의 저전압(VL)에 의해 컨버터(320)에서 출력하는 작동 전압(VC)이 낮아진다. 본 개시에서 V1 레벨은 12V이고, V0 레벨은 0V인 것으로 가정하여 설명하며, 저전압(VL)의 V1 레벨과 V0 레벨은 상기의 값에 제한되지 않는다.
t2에서 작동 전압(VC)의 레벨이 비교기(342)의 제2 임계 전압(VLT) 보다 낮아지면, 비교기(342)는 이네이블 레벨의 비교 신호(Vcom)를 출력한다. 그러면, 이네이블 레벨의 비교 신호(Vcom)를 수신한 래치 오프 회로(344)는 디세이블 레벨(D)의 제어 신호(Vlat)를 출력한다. 디세이블 레벨(D)의 제어 신호(Vlat)가 AND 게이트 회로(346)에 입력되면, AND 게이트 회로(346)는 디세이블 레벨(D)의 스위치 제어 신호(OUT)를 출력한다. 고전압측 드라이버(34) 및/또는 저전압측 드라이버(36)가 코일(32)에 작동 전압(VC) 인가를 중단시켜 릴레이(30)가 열린다(OFF). 이로써 릴레이(30)를 제어하기 위한 전압을 공급하는 저전압 배터리(310)에 1 마이크로초 내지 1 밀리초 동안의 글리치가 발생하더라도, 릴레이(30)가 열리도록 제어되므로, 릴레이(30)의 융착이 방지될 수 있다.
t3에서 컨버터(320)에 의해 작동 전압(VC)의 레벨이 제1 임계 전압(VUT) 이상이 되면, 비교기(342)는 디세이블 레벨(D)의 비교 신호(Vcom)를 출력한다. t3 후에도 저전압(VL)이 V0 레벨로 유지되는 경우, 작동 전압(VC)의 레벨은 다시 하강한다.
디세이블 레벨(D)의 비교 신호(Vcom)를 수신한 래치 오프 회로(344)는 래치 오프 회로(344)를 클리어하는 신호(CL)가 수신되기 전까지(t5) 디세이블 레벨(D)의 제어 신호(Vlat)를 유지한다.
t4에서 제어부(350)는 제어 신호(CS)를 AND 게이트 회로(346)에 출력한다. 저전압(VL)에 글리치가 발생하면 제어부(350)는 이에 기초하여 제어 신호(CS)의 레벨을 디세이블 레벨(D)로 변경한다.
t5에서 제어부(350)는 래치 오프 회로(344)를 클리어하기 위해 이네이블 레벨(E)의 클리어 신호(CL)를 출력한다. 그러면, 래치 오프 회로(344)는 이네이블 레벨(E)의 제어 신호(Vlat)를 출력한다.
래치 오프 회로(344)가 클리어되고 소정 기간이 경과한 t6에서 제어부(350)는 디세이블 레벨(D)의 클리어 신호(CL)를 출력한다. 따라서, 글리치가 발생되면 아날로그 회로인 비교기(342)에 의해 릴레이(30)가 오프 상태(OFF)로 즉시 변경된 후에, 디지털 회로인 제어부(350)에 의해 릴레이(30)를 오프 상태(OFF)로 제어됨으로써, 릴레이(30)의 잦은 상태 변경을 방지할 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하여 배터리 보호 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5는 도 1의 배터리 보호 시스템의 다른 예를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이(30)의 개폐를 제어하기 위한 스위치 제어 회로(500)는 저전압 배터리(510), 컨버터(520), 전원 공급부(530), 릴레이 제어부(540), 및 제어부(550)를 포함한다.
도 3의 배터리 보호 시스템과 비교하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
릴레이 제어부(540)는 버퍼(542), 래치 오프 회로(544), 및 AND 게이트 회로(546)를 포함한다.
버퍼(542)는 컨버터(520)로부터 작동 전압(VC)을 입력받는다. 버퍼(542)는 저역 필터(LPF: low pass filter)와 저역 필터에 연결된 비교기를 포함할 수 있다. 저역 필터에 작동 전압(VC)이 인가된다. 비교기는 저역 필터에서 출력한 전압과 기준 전압을 비교하여 버퍼 신호(Vbuff)를 출력한다. 저역 필터에 입력되는 작동 전압(VC)이 하강하면, 저역 필터의 출력 전압 레벨이 점차 낮아진다. 저역 필터는 이동 평균 필터로서 하강하는 작동 전압(VC)의 평균 값을 출력한다. 저전압(VL)이 소정 시간(예를 들어, 1마이크로초) 이상 V0 레벨에 있는 경우, 하강하는 작동 전압(VC)에 의해 저역 필터에서 출력하는 전압이 낮아지게 되고, 저역 필터 출력 전압이 비교기의 기준 전압보다 낮아지면, 비교기는 이네이블 레벨(E)의 버퍼 신호(Vbuff)를 출력한다. 즉, 버퍼(542)는 저역 필터에 의해, 1 마이크로초 이상의 전원 글리치를 검출할 수 있다.
마찬가지로, 래치 오프 회로(544)는 버퍼 신호(Vbuff)의 레벨에 따른 제어 신호(Vlat)를 출력한다. 래치 오프 회로(544)는 버퍼 신호(Vbuff)의 레벨이 변경되면(작동 전압(VC)의 이동 평균이 임계 전압 미만인 때), 제어 신호(Vlat)의 레벨을 변경한다. 버퍼 신호(Vbuff)의 레벨이 변경되면(작동 전압(VC)의 이동 평균이 임계 전압 이상인 때), 소정 기간 동안 제어 신호(Vlat)의 레벨이 유지된 후에, 제어 신호(Vlat)의 레벨이 변경된다.
다음으로 도 6을 참조하여 배터리 보호 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 6은 도 1의 배터리 보호 시스템의 또 다른 예를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 릴레이(30)의 개폐를 제어하기 위한 스위치 제어 회로(600)는 저전압 배터리(610), 컨버터(620), 전원 공급부(630), 릴레이 제어부(640), 및 제어부(650)를 포함한다.
릴레이 제어부(640)는 타이머(642), 래치 오프 회로(644), 및 AND 게이트 회로(646)를 포함한다.
타이머(642)는 컨버터(620)로부터 작동 전압(VC)을 입력받는다. 타이머(642)는 작동 전압(VC)이 임계 전압보다 낮은 시간이 임계 시간(예를 들어, 1마이크로초) 이상이면 이네이블 레벨(E)의 타이머 신호(Vtimer)를 출력한다. 즉, 타이머(642)는 1 마이크로초 이상의 전원 글리치를 검출할 수 있다.
마찬가지로, 래치 오프 회로(644)는 타이머 신호(Vtimer)의 레벨에 따른 제어 신호(Vlat)를 출력한다. 래치 오프 회로(644)는 타이머 신호(Vtimer)의 레벨이 변경되면(작동 전압(VC)의 이동 평균이 임계 전압 미만인 때), 제어 신호(Vlat)의 레벨을 변경한다. 타이머 신호(Vtimer)의 레벨이 변경되면(작동 전압(VC)의 이동 평균이 임계 전압 이상인 때), 소정 기간 동안 제어 신호(Vlat)의 레벨이 유지된 후에, 제어 신호(Vlat)의 레벨이 변경된다.
배터리 시스템과 배터리 시스템의 외부 단자 사이의 전원 연결을 차단하기 위한 고전압 스위치는 저전압 배터리에 의해 동작한다. 저전압 배터리의 글리치 현상은 고전압 스위치의 오작동(re-closing) 혹은 과도 상태(작동 전압 이하의 전압)를 야기하고, 이는 릴레이에 물리적 손상을 초래할 수 있다. 릴레이가 소손되면 배터리 시스템의 외부 단자 사이의 전원 연결을 차단하기 어려워지므로, 사고가 발생된다.
일 실시예에 따른 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템은 저전압 배터리의 전원 글리치 발생을 아날로그 회로인 히스테리시스 비교기, 버퍼, 및 타이머로써 검출하여 릴레이를 개방함으로써, 릴레이의 물리적 손상을 방지할 수 있고, 배터리로 인한 추가적인 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 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.

Claims (12)

  1. 고전압 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 연결되어 있는 고전압 스위치,
    상기 고전압 스위치를 작동시키는 전원을 공급하는 배터리, 그리고
    상기 배터리에 이상이 발생하면, 상기 고전압 스위치가 개방되도록 제어하는 신호를 출력하는 스위치 제어 회로
    를 포함하는 배터리 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 상태에 기초하여, 상기 개방된 고전압 스위치의 개방 상태를 유지하도록 상기 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 제어부
    를 더 포함하는 배터리 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제어부가 신호를 출력한 후에, 상기 스위치 제어 회로의 상기 신호 출력을 중지하도록 상기 스위치 제어 회로를 제어하는,
    배터리 보호 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 작동 전압으로 변환하여 출력하는 컨버터, 그리고
    상기 작동 전압을 레귤레이팅하여 상기 스위치 제어 회로에 구동 전압으로서 인가하고, 상기 제어부의 오동작 검출에 따른 제어 신호를 출력하는 전원 공급부를 더 포함하고,
    상기 스위치 제어 회로는 상기 작동 전압의 크기에 기초하여 상기 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는,
    배터리 보호 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    상기 작동 전압과 제1 임계 전압을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기,
    상기 비교 신호의 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 래치 오프 회로, 및
    상기 제어부의 신호, 상기 래치 오프 회로의 제어 신호, 및 상기 전원 공급부의 제어 신호를 입력받고, 상기 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 AND 게이트 회로
    를 포함하는 배터리 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 작동 전압이 상기 제1 임계 전압 미만이면, 이네이블 레벨의 상기 비교 신호를 디세이블 레벨로 변경하고, 상기 작동 전압이 상기 제1 임계 전압보다 더 큰 제2 임계 전압 이상이면, 디세이블 레벨의 상기 비교 신호를 이네이블 레벨로 변경하는,
    배터리 보호 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    상기 작동 전압을 입력받는 필터,
    상기 필터의 출력 전압과 임계 전압을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기,
    상기 비교 신호의 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 래치 오프 회로, 및
    상기 제어부의 신호, 상기 래치 오프 회로의 제어 신호, 및 상기 전원 공급부의 제어 신호를 입력받고, 상기 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 AND 게이트 회로
    를 포함하는 배터리 보호 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    상기 작동 전압이 임계 전압 이하인 시간이 소정 시간 이상인지 판정하여 비교 신호를 출력하는 타이머,
    상기 비교 신호의 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 래치 오프 회로, 및
    상기 제어부의 신호, 상기 래치 오프 회로의 제어 신호, 및 상기 전원 공급부의 제어 신호를 입력받고, 상기 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 AND 게이트 회로
    를 포함하는 배터리 보호 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 고전압 스위치는,
    상기 작동 전압이 인가되는 코일, 및
    상기 고전압 스위치를 제어하는 신호에 기초하여 상기 코일에 상기 작동 전압을 인가하는 고전압측 드라이버 및 저전압측 드라이버 중 적어도 하나를 포함하는,
    배터리 보호 장치.
  10. 고전압 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 연결되어 있는 고전압 스위치를 제어하는 배터리 보호 방법으로서,
    스위치 제어 회로가, 상기 고전압 스위치를 작동시키는 전원을 공급하는 배터리의 전압이 변환된 작동 전압을 컨버터로부터 수신하는 단계,
    상기 스위치 제어 회로가, 상기 작동 전압이 임계 전압 미만이면, 상기 고전압 스위치가 개방되도록 제어하는 신호를 출력하는 단계,
    제어부가, 상기 배터리의 상태에 기초하여, 상기 개방된 고전압 스위치의 개방 상태를 유지하도록 상기 고전압 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 단계, 그리고
    상기 제어부가 신호를 출력한 후에, 상기 제어부가, 상기 스위치 제어 회로의 상기 신호 출력을 중지하도록 상기 스위치 제어 회로를 제어하는 단계
    를 포함하는 배터리 보호 방법.
  11. 고전압 배터리 모듈, 그리고
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 보호 장치
    를 포함하는 배터리 시스템.
  12. 모터 및 인버터를 포함하는 외부 부하,
    고전압 배터리 모듈, 그리고
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 보호 장치
    를 포함하는 차량.
KR1020210064943A 2021-05-20 2021-05-20 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 KR20220157181A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210064943A KR20220157181A (ko) 2021-05-20 2021-05-20 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
EP22174390.9A EP4096052A1 (en) 2021-05-20 2022-05-19 Battery protection apparatus and battery system including the same
US17/664,196 US20220376489A1 (en) 2021-05-20 2022-05-19 Battery protection apparatus and battery system including the same
CN202210556790.6A CN115377945A (zh) 2021-05-20 2022-05-19 电池保护设备、电池系统、车辆以及电池保护方法
KR1020240035900A KR20240038947A (ko) 2021-05-20 2024-03-14 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210064943A KR20220157181A (ko) 2021-05-20 2021-05-20 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240035900A Division KR20240038947A (ko) 2021-05-20 2024-03-14 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220157181A true KR20220157181A (ko) 2022-11-29

Family

ID=81749519

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210064943A KR20220157181A (ko) 2021-05-20 2021-05-20 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
KR1020240035900A KR20240038947A (ko) 2021-05-20 2024-03-14 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240035900A KR20240038947A (ko) 2021-05-20 2024-03-14 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220376489A1 (ko)
EP (1) EP4096052A1 (ko)
KR (2) KR20220157181A (ko)
CN (1) CN115377945A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230006284A (ko) * 2021-07-02 2023-01-10 삼성에스디아이 주식회사 단로기 제어 장치 및 이를 포함하는 무정전 전원 공급 장치
KR102621445B1 (ko) * 2023-01-02 2024-01-09 주식회사 케이에이치티 항공기용 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020209400A1 (de) * 2020-07-24 2022-01-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Steuerung eines Lade- oder Entladestroms eines Wechselakkupacks und/oder eines Elektrogeräts sowie System zur Durchführung des Verfahrens
KR102678879B1 (ko) * 2021-09-08 2024-06-28 주식회사 엘지에너지솔루션 신규 설치 배터리 랙을 포함하는 에너지 저장 시스템 및 이를 제어하는 방법
US12113351B2 (en) * 2022-06-21 2024-10-08 Gemstone Lights Circuit breaker having a current sensing circuit, control circuit, comparison circuit, electric relay and latching circuit
CN115891879B (zh) * 2022-11-29 2024-05-14 重庆长安汽车股份有限公司 整车下电后的供电方法及装置
KR20240130498A (ko) * 2023-02-22 2024-08-29 삼성에스디아이 주식회사 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
EP4451500A1 (en) * 2023-04-17 2024-10-23 Valmet Automotive Oyj Controller, system and method
CN117277516B (zh) * 2023-11-21 2024-03-15 深圳市立泰能源科技有限公司 一种多层次多方位船用电池电气保护系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5488283A (en) * 1993-09-28 1996-01-30 Globe-Union, Inc. Vehicle battery system providing battery back-up and opportunity charging
US8390145B2 (en) * 2009-12-01 2013-03-05 Redarc Technologies Pty Ltd Battery isolator unit
JP5865013B2 (ja) * 2011-10-27 2016-02-17 三洋電機株式会社 車両用の電源装置及びこの電源装置を備える車両
US8749193B1 (en) * 2013-05-10 2014-06-10 Inpower Llc Battery protection circuit for multiple battery power supply and charging system
JP6612972B2 (ja) * 2016-04-13 2019-11-27 株式会社東芝 電池モジュール
US10974606B2 (en) * 2016-08-31 2021-04-13 Cps Technology Holdings Llc Bi-stable relay
JP7189693B2 (ja) * 2018-07-13 2022-12-14 株式会社Subaru 電源システム
KR102504270B1 (ko) * 2020-09-22 2023-02-24 삼성에스디아이 주식회사 배터리 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230006284A (ko) * 2021-07-02 2023-01-10 삼성에스디아이 주식회사 단로기 제어 장치 및 이를 포함하는 무정전 전원 공급 장치
KR102621445B1 (ko) * 2023-01-02 2024-01-09 주식회사 케이에이치티 항공기용 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP4096052A1 (en) 2022-11-30
KR20240038947A (ko) 2024-03-26
CN115377945A (zh) 2022-11-22
US20220376489A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4096052A1 (en) Battery protection apparatus and battery system including the same
US10442373B2 (en) Battery management system of vehicle with reconnection switch for connection state determination
CN112009303A (zh) 用于电动汽车放电控制的控制系统和方法
CN107017441B (zh) 蓄电池装置、车辆、记录介质及蓄电池装置管理方法
EP2693597A1 (en) Voltage monitoring module and voltage monitoring system using same
US20120056478A1 (en) Power-supply control device
JP5301036B2 (ja) 車両用の搭載電気系統および搭載電気系統の制御装置
EP2988384B1 (en) Overcharge protection apparatus with minimized power consumption
CN110178281B (zh) 管理装置和蓄电系统
US20150203060A1 (en) Power supply management system and power supply management method
KR101745167B1 (ko) 불량 배터리 셀 검출 방법 및 이를 실행하는 시스템
US20170187179A1 (en) Junction box
US8737031B2 (en) Voltage monitoring circuit, and vehicle equipped with same
US20210006084A1 (en) Battery device and vehicle
JP4633615B2 (ja) 組電池および組電池の充電方法
CN114256811B (zh) 电池保护装置和包括其的电池系统
CN102570513A (zh) 电池管理系统的充放电开关互斥的控制组件
US12046930B2 (en) Battery system
CN111491826A (zh) 用于机动车的多电压电池组装置和车载电网
KR102065735B1 (ko) 배터리 팩 관리 장치 및 관리 방법
CN216819393U (zh) 用于机动车辆的多电压电池设备和多电压车载电网
RU2652784C2 (ru) Аккумуляторное устройство для эксплуатации потребителей электроэнергии в транспортном средстве для перевозки опасных грузов
EP4393777A1 (en) Power supply system for vehicle
KR102512062B1 (ko) 단로기 제어 장치 및 이를 포함하는 무정전 전원 공급 장치
CN209852115U (zh) 一种电动汽车用的电池系统、过放保护装置和汽车

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
E601 Decision to refuse application
E801 Decision on dismissal of amendment
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2024101000603; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20240314

Effective date: 20240529

E902 Notification of reason for refusal