KR20230064207A - Pparatus for controllign battery connection and battery system including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 연결 제어 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 래칭 릴레이를 이용한 배터리 연결 제어 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery connection control device and a battery system including the same, and more particularly, to a battery connection control device using a latching relay and a battery system including the same.
사용 후 충전하여 재사용이 가능한 전지인 2차 전지는 디바이스가 요구하는 출력 용량에 따라 다수 개의 배터리 셀들을 직렬 연결하여 이루어진 배터리 모듈 또는 배터리 팩으로 제작되어, 각종 디바이스의 전원 공급원으로서 사용된다. 이와 같은 배터리는 스마트 폰 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 전기 자전거, 전기 자동차, 에너지저장시스템(ESS)에 이르기까지 다양한 분야에 사용되고 있다.A secondary battery, which is a battery that can be recharged after use and reused, is manufactured as a battery module or battery pack made by connecting a plurality of battery cells in series according to the output capacity required by the device, and is used as a power source for various devices. Such a battery is used in various fields ranging from electric bicycles, electric vehicles, and energy storage systems (ESS) as well as small high-tech electronic devices such as smart phones.
배터리 모듈 또는 배터리 팩은 다수 개의 배터리 셀들이 조합된 구조체로서, 일부 배터리 셀에서 과전압, 과전류, 과발열 등이 되는 경우에는 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 안전성과 작동 효율에 문제가 발생하므로, 이들을 검출하기 위한 수단이 필수적이다. 따라서, 배터리 모듈 또는 배터리 팩에는 각 배터리 셀들의 전압 값을 측정하고, 측정된 값을 바탕으로 배터리 셀들의 전압 상태를 모니터링하며 제어하는 BMS(Battery Management System)가 장착되어 있다.A battery module or battery pack is a structure in which a plurality of battery cells are combined, and in the case of overvoltage, overcurrent, or overheating in some battery cells, problems occur in the safety and operational efficiency of the battery module or battery pack. means are essential. Accordingly, a battery management system (BMS) that measures voltage values of each battery cell and monitors and controls voltage states of the battery cells based on the measured values is installed in the battery module or battery pack.
전력저장 시스템, 고용량 전기차의 경우 용량을 늘리기 위해 배터리 팩을 병렬로 연결하여 시스템을 구성하는 경우가 많다. 이 경우 예를 들어, 자동차가 주차 모드로 진입하는 등 시스템 동작이 완료되면 병렬 연결된 배터리의 스위치가 오프되어 병렬 연결된 배터리가 분리된다. In the case of power storage systems and high-capacity electric vehicles, the system is often configured by connecting battery packs in parallel to increase capacity. In this case, when a system operation is completed, for example, when a vehicle enters a parking mode, the switches of the batteries connected in parallel are turned off and the batteries connected in parallel are separated.
각각의 배터리 팩은 그 퇴화 정도가 다를 수 있으며 병렬 연결된 팩간에는 전압 및 용량 편차가 존재할 수 있다. 그런데, 시스템이 구동되는 경우와 같이 병렬 배터리 팩이 다시 연결되는 시점에 배터리 간의 전압 또는 용량 편차로 인해 배터리 팩간 밸런스를 맞추기 위한 전류 이동으로 인해 특정 팩에 과전류가 흐를 수 있다. Each battery pack may have a different degree of deterioration, and voltage and capacity variations may exist between packs connected in parallel. However, when the parallel battery packs are connected again, such as when the system is running, overcurrent may flow in a specific pack due to current movement to balance the battery packs due to voltage or capacity deviations between the batteries.
이러한 배터리 팩 연결시의 과전류를 막기 위해 병렬 배터리 팩을 전기적으로 분리하지 않는 경우 시스템 동작이 완료되어도 배터리 팩이 연결되어 있으면 병렬 연결된 배터리 팩간 전류가 발생할 수 있다. 이 경우, 배터리 팩간 전류가 제어되지 않음으로써 발화 등의 안전성 문제가 발생할 수 있다. If the parallel battery packs are not electrically separated to prevent overcurrent when the battery packs are connected, current may occur between the parallel connected battery packs if the battery packs are connected even after the system operation is completed. In this case, since current between battery packs is not controlled, safety problems such as ignition may occur.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 래칭 릴레이를 이용한 배터리 연결 제어 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a battery connection control device using a latching relay.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 배터리 연결 제어 장치를 포함하는 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a battery system including a battery connection control device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 연결 제어 장치는 병렬 연결된 복수의 배터리 팩과 연동하는 복수의 연결 제어부(BDU)를 포함하는 배터리 연결 제어 장치로서, 각 연결 제어부는, 상기 배터리 팩과 부하의 연결에 대한 온/오프 동작을 수행하는 릴레이부를 포함하고, 상기 릴레이부는 상기 배터리 팩 및 상기 부하가 포함된 장치의 동작이 종료된 경우에도 상기 배터리 팩과 부하간 연결을 유지할 수 있다.A battery connection control device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a battery connection control device including a plurality of connection control units (BDUs) that interwork with a plurality of battery packs connected in parallel, and each connection control unit has the A relay unit configured to perform an on/off operation for a connection between a battery pack and a load, wherein the relay unit maintains the connection between the battery pack and the load even when an operation of a device including the battery pack and the load is terminated. there is.
상기 릴레이부는 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이를 포함하고, 상기 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이는 래칭 릴레이이다. The relay unit includes a positive main relay and a negative main relay, and the positive main relay and the negative main relay are latching relays.
상기 배터리 연결 제어 장치는 상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류가 임계치를 초과하는 경우 상기 래칭 릴레이로 리셋 신호를 전송하는 릴레이 차단부를 더 포함할 수 있다. The battery connection control device may further include a relay blocking unit configured to transmit a reset signal to the latching relay when a current flowing between the battery pack and the relay unit exceeds a threshold value.
상기 릴레이 차단부는 상기 배터리 팩과 상기 릴레이 사이를 흐르는 전류에 상응하는 전압값 및 기준 전압값을 입력으로 하는 비교기를 포함할 수 있으며, 상기 비교기의 출력은 상기 래칭 릴레이의 리셋 단자로 연결될 수 있다.The relay cut-off unit may include a comparator having a voltage value corresponding to a current flowing between the battery pack and the relay and a reference voltage value as inputs, and an output of the comparator may be connected to a reset terminal of the latching relay.
상기 배터리 연결 제어 장치는 또한, 상기 복수의 연결 제어부와 상기 부하를 연결하여 상기 시스템의 동작 완료시 상기 연결 제어부와 상기 부하와의 연결을 해제시키는 정션 박스를 더 포함할 수 있다.The battery connection control device may further include a junction box that connects the plurality of connection control units and the load and disconnects the connection control unit from the load when the operation of the system is completed.
상기 정션 박스는, 상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 양극 메인 릴레이와 연결되는 양극 메인 릴레이 및 상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 음극 메인 릴레이와 연결되는 음극 메인 릴레이를 포함할 수 있다.The junction box may include a positive main relay connected to a plurality of positive main relays in the plurality of connection control units and a negative main relay connected to a plurality of negative main relays in the plurality of connection control units.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템은, 병렬 연결된 복수의 배터리 팩; 각 배터리 팩과 연동하여 상기 배터리 팩과 부하의 연결에 대한 온/오프 동작을 수행하는 릴레이부를 포함하며, 상기 릴레이부는 상기 배터리 팩 및 부하를 포함하는 장치의 동작이 종료된 경우에도 상기 배터리 팩과 부하간 연결을 유지하는, 복수의 연결 제어부(BDU); 및 배터리 팩과 상기 연결 제어부 사이를 흐르는 전류가 임계치를 초과하는 경우 릴레이 차단 신호를 상기 릴레이부로 전송하는 배터리 관리부를 포함할 수 있다. A battery system according to another embodiment of the present invention includes a plurality of battery packs connected in parallel; A relay unit interlocking with each battery pack to perform an on/off operation for a connection between the battery pack and a load, wherein the relay unit maintains the power of the battery pack and the load even when the operation of the device including the battery pack and the load is terminated. A plurality of connection control units (BDUs) that maintain a connection between loads; and a battery management unit transmitting a relay cut-off signal to the relay unit when a current flowing between the battery pack and the connection controller exceeds a threshold value.
상기 배터리 관리부는, 상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 상기 래칭 릴레이로 리셋 신호를 전송하는 릴레이 차단부를 포함할 수 있다.The battery management unit may include a relay blocking unit transmitting a reset signal to the latching relay when a current flowing between the battery pack and the relay unit exceeds a predetermined threshold value.
상기 릴레이 차단부는, 상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류에 상응하는 전압값 및 기준 전압값을 입력으로 하는 비교기를 포함하고, 상기 비교기의 출력은 상기 래칭 릴레이의 리셋 단자로 연결될 수 있다. The relay cut-off unit may include a comparator receiving as inputs a voltage value and a reference voltage value corresponding to a current flowing between the battery pack and the relay unit, and an output of the comparator may be connected to a reset terminal of the latching relay.
상기 배터리 팩 및 부하를 포함하는 장치는 전기 자동차일 수 있다.The device including the battery pack and the load may be an electric vehicle.
상기 배터리 시스템은, 상기 복수의 연결 제어부와 상기 부하를 연결하여 상기 시스템의 동작 완료시 상기 연결 제어부와 상기 부하와의 연결을 해제시키는 정션 박스를 더 포함할 수 있다.The battery system may further include a junction box that connects the plurality of connection controllers and the load and disconnects the connection controller and the load when the operation of the system is completed.
상기 정션 박스는, 상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 양극 메인 릴레이와 연결되는 양극 메인 릴레이 및 상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 음극 메인 릴레이와 연결되는 음극 메인 릴레이를 포함할 수 있다.The junction box may include a positive main relay connected to a plurality of positive main relays in the plurality of connection control units and a negative main relay connected to a plurality of negative main relays in the plurality of connection control units.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 병렬 연결된 배터리가 상시 연결되어 배터리 재연결로 인한 팩간 과전류가 흐르지 않도록 제어할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, the parallel-connected batteries are always connected so that overcurrent between packs due to reconnection of the batteries does not flow.
또한, 병렬 연결된 팩간에 흐르는 전류를 측정하여 설정한 임계 전류 이상인 경우 배터리 팩 연결을 차단하여 발화 등의 안전성 문제도 해결 가능하다.In addition, safety problems such as ignition can be solved by measuring the current flowing between the parallelly connected packs and cutting off the connection of the battery pack when the current is higher than a set threshold current.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구조를 나타낸다.
도 2는 일반적인 BDU의 회로 구성도이다.
도 3a 및 도 3b 는 일반적인 BDU에 사용되는 메인 릴레이의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 배터리 팩의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메인 릴레이 회로의 일 예이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 연결 제어 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 차단 회로를 나타낸다.1 shows the structure of a battery system according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit configuration diagram of a general BDU.
3A and 3B are circuit diagrams of main relays used in general BDUs.
4 is a configuration diagram of a parallel battery pack according to an embodiment of the present invention.
5 is an example of a main relay circuit according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a battery connection control method according to an embodiment of the present invention.
7 shows a relay blocking circuit according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The term “and/or” includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
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. It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구조를 나타낸다.1 shows the structure of a battery system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에서 고려하는 배터리 시스템은 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결된 형태(1000)의 배터리 시스템이다. 각 배터리 팩은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 셀 또는 모듈은 양극 단자 및 음극 단자를 통해 부하와 연결되어 충/방전 동작할 수 있다. Referring to FIG. 1 , a battery system considered in an embodiment of the present invention is a battery system having a
배터리 시스템은, 병렬 연결된 복수의 배터리 팩; 각 배터리 팩과 연동하여 상기 배터리 팩과 부하의 연결에 대한 온/오프 동작을 수행하는 릴레이부를 포함하며, 상기 릴레이부는 상기 배터리 팩 및 부하를 포함하는 장치의 동작이 종료된 경우에도 상기 배터리 팩과 부하간 연결을 유지하는, 복수의 연결 제어부(BDU); 및 배터리 팩과 상기 연결 제어부 사이를 흐르는 전류가 임계치를 초과하는 경우 릴레이 차단 신호를 상기 릴레이부로 전송하는 배터리 관리부를 포함할 수 있다. The battery system includes a plurality of battery packs connected in parallel; A relay unit interlocking with each battery pack to perform an on/off operation for a connection between the battery pack and a load, wherein the relay unit maintains the power of the battery pack and the load even when the operation of the device including the battery pack and the load is terminated. A plurality of connection control units (BDUs) that maintain a connection between loads; and a battery management unit transmitting a relay cut-off signal to the relay unit when a current flowing between the battery pack and the connection controller exceeds a threshold value.
상기 배터리 관리부는, 상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 상기 래칭 릴레이로 리셋 신호를 전송하는 릴레이 차단부를 포함할 수 있다.The battery management unit may include a relay blocking unit transmitting a reset signal to the latching relay when a current flowing between the battery pack and the relay unit exceeds a predetermined threshold value.
상기 릴레이 차단부는, 상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류에 상응하는 전압값 및 기준 전압값을 입력으로 하는 비교기를 포함하고, 상기 비교기의 출력은 상기 래칭 릴레이의 리셋 단자로 연결될 수 있다. The relay cut-off unit may include a comparator receiving as inputs a voltage value and a reference voltage value corresponding to a current flowing between the battery pack and the relay unit, and an output of the comparator may be connected to a reset terminal of the latching relay.
상기 배터리 팩 및 부하를 포함하는 장치는 전기 자동차일 수 있다.The device including the battery pack and the load may be an electric vehicle.
보다 구체적으로, 개별 배터리 팩에는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)(300)이 설치될 수 있다. BMS는 자신이 관장하는 각 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어한다. 여기서, SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 배터리 수명 상태)은 배터리의 현재 퇴화 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.More specifically, a battery management system (BMS) 300 may be installed in each battery pack. The BMS monitors the current, voltage, and temperature of each battery pack it manages, calculates SOC (Status Of Charge) based on the monitoring result, and controls charging and discharging. Here, State of Charge (SOC) is the current charged state of the battery expressed in percentage [%], and SOH (State of Health; State of Battery Life) is the current state of deterioration of the battery expressed in percentage [%]. .
각 배터리 팩은 개별 BDU(Battery Disconnect Unit)(100)와 연결되는데, BDU는 양극 메인 릴레이, 음극 메인 릴레이, 및 프리-차지 회로(릴레이 및 저항을 포함)을 포함할 수 있다. 프리-차지 회로는 초기 충전 회로의 역할을 수행한다. 프리-차지 회로와 병렬로 연결된 메인 릴레이는 초기 충전이 완료된 후 정상 충/방전시 닫혀 충방전 회로를 형성한다. Each battery pack is connected to an individual BDU (Battery Disconnect Unit) 100, and the BDU may include a positive main relay, a negative main relay, and a pre-charge circuit (including relays and resistors). The pre-charge circuit serves as an initial charge circuit. The main relay connected in parallel with the pre-charge circuit closes during normal charge/discharge after the initial charge is completed to form a charge/discharge circuit.
병렬 배터리 팩(1000)은 정션 박스(200)를 통해 부하, 즉 인터버 등을 포함하는 차량 내 다른 구성요소와 연결된다. 복수의 BDU와 연동하는 정션 박스(200)는 양극 메인 릴레이, 음극 메인 릴레이, 및 프리-차지 회로(릴레이 및 저항을 포함) 및 전류 센서를 포함할 수 있다. 정션 박스는 또한 전체 병렬 배터리 팩을 관장하는 상위BMS와 연동하여 해당 BMS로 팩 전류 및 팩 전압을 제공하고, 해당 BMS로부터 릴레이 제어 신호를 수신할 수 있다. The
정션 박스(200)는 배터리 시스템 동작 완료시 메인 릴레이를 오픈하여 차량 본체(부하)와 병렬 배터리 팩 간 연결을 해제한다. 반대로, 배터리 시스템 동작시에는 정션 박스 내 메인 릴레이는 스위치 온되어 배터리 시스템과 차량 본체를 연결한다. When the battery system operation is completed, the
본 발명의 실시예에 따르면 BDU의 양극 메인 릴레이, 음극 메인 릴레이를 래칭(latching) 릴레이를 이용해 구현함으로써, 배터리를 포함하는 장치의 동작이 완료(예를 들어, 전기자동차가 운행 중단한 경우)되어도 이용해 병렬 연결된 배터리 팩간 연결을 유지할 수 있다. 즉, 시스템 동작이 완료되어도 릴레이에 대한 추가 전원 없이도 릴레이를 온시켜 병렬 배터리 팩을 상호 연결할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by implementing the positive main relay and the negative main relay of the BDU using a latching relay, even if the operation of a device including a battery is completed (for example, when an electric vehicle stops running) It is possible to maintain the connection between battery packs connected in parallel. That is, even when the system operation is completed, the relay may be turned on to interconnect the parallel battery packs without additional power to the relay.
도 2는 일반적인 BDU의 회로 구성도이다. 2 is a circuit configuration diagram of a general BDU.
앞서 살펴본 바와 같이 각 배터리 팩은 배터리와 부하 사이에서 전력을 연결 또는 차단하는 BDU(Battery Disconnect Unit; 배터리 연결 제어부)를 포함한다. 도 2를 참조하면, BDU(10)는 양극 메인 릴레이, 음극 메인 릴레이, 및 프리-차지 회로(릴레이 및 저항을 포함)을 포함할 수 있다. 프리-차지 회로는 초기 충전 회로의 역할을 수행한다. 프리-차지 회로와 병렬로 연결된 메인 릴레이는 초기 충전이 완료된 후 정상 충/방전시 닫혀 충방전 회로를 형성한다. As described above, each battery pack includes a battery disconnect unit (BDU) that connects or disconnects power between the battery and the load. Referring to FIG. 2 , the
BDU 동작 모드는 크게 프리차징 모드와 방전 모드, 충전 모드로 구분될 수 있따. 프리차징 모드는 릴레이 구동 시 고전압 돌입전류에 의한 인버터 손상을 방지하기 위해서 프리차징 릴레이를 통해 커패시터에 초기 충전하는 모드이다. 방전 모드는 메인 릴레이가 구동하여 인버터에 고전력을 공급하는 모드이며, 충전 모드는 급속 충전 릴레이가 동작하여 DC 전압으로 급속 충전하는 모드이다.BDU operating modes can be largely divided into precharging mode, discharging mode, and charging mode. The precharging mode is a mode in which the capacitor is initially charged through a precharging relay to prevent damage to the inverter due to high voltage inrush current when the relay is driven. The discharge mode is a mode in which the main relay drives and supplies high power to the inverter, and the charge mode is a mode in which the fast charge relay operates and rapidly charges with DC voltage.
예를 들어, 차량에 탑재된 배터리 시스템의 경우 차량이 운행을 중지하는 경우 시스템 동작이 완료되고 정션 박스의 메인 릴레이가 오픈되어 BDU 회로에 대한 전원 공급이 중단된다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 BDU 회로의 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이가 오픈되고 배터리와 부하 사이의 연결은 차단된다. For example, in the case of a battery system installed in a vehicle, when the vehicle stops driving, the system operation is completed and the main relay of the junction box is opened to stop supplying power to the BDU circuit. In this case, as shown in FIG. 2, the positive main relay and the negative main relay of the BDU circuit are opened and the connection between the battery and the load is cut off.
도 3a 및 도 3b 는 일반적인 BDU에 사용되는 메인 릴레이의 회로도이다. 3A and 3B are circuit diagrams of main relays used in general BDUs.
기존의 메인 릴레이(11)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 일반적인 릴레이가 사용된다. 이러한 릴레이의 경우, 도 3a와 같이 전류가 차단된 상태에서는 접점이 떨어져 있다가 도 3b와 같이 코일에 전류를 흘리면 접점이 붙는다. 즉, 릴레이 오프의 경우 접점(pole)이 NC(Normally Close) 단자에 연결되어 있다가, 릴레이 온의 경우 접점이 NO(Normally Open) 단자와 연결된다. NC 단자는 평소에는 연결되어 있다가(Close) 스위치가 동작하면 연결이 끊어지는 단자이고, NO 단자는 평소에는 연결되어 있지 않은(open) 상태이다가 스위치가 온이 되면 연결(Close)되는 단자이다.As the existing
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 배터리 팩의 구성도이다. 4 is a configuration diagram of a parallel battery pack according to an embodiment of the present invention.
복수의 배터리 팩 및 각 배터리 팩과 부하 간의 연결을 제어하는 연결 제어부(BDU; 100)를 포함할 수 있다. It may include a plurality of battery packs and a connection control unit (BDU) 100 that controls connections between each battery pack and a load.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 연결 제어 장치는 병렬 연결된 복수의 배터리 팩과 연동하는 복수의 연결 제어부(BDU)를 포함하는 배터리 연결 제어 장치로서, 각 연결 제어부는, 상기 배터리 팩과 부하의 연결에 대한 온/오프 동작을 수행하는 릴레이부를 포함하고, 상기 릴레이부는 상기 배터리 팩 및 상기 부하가 포함된 장치의 동작이 종료된 경우에도 상기 배터리 팩과 부하간 연결을 유지할 수 있다.A battery connection control device according to an embodiment of the present invention is a battery connection control device including a plurality of connection control units (BDUs) that interwork with a plurality of battery packs connected in parallel, and each connection control unit is configured to control the connection between the battery pack and a load. and a relay unit that performs an on/off operation for the battery pack, and the relay unit maintains a connection between the battery pack and the load even when an operation of a device including the battery pack and the load is terminated.
연결 제어부는 양극 메인 릴레이, 음극 메인 릴레이, 및 프리-차지 회로(릴레이 및 저항을 포함)을 포함할 수 있다. 프리-차지 회로는 초기 충전 회로의 역할을 수행한다. 프리-차지 회로와 병렬로 연결된 메인 릴레이는 초기 충전이 완료된 후 정상 충/방전시 닫혀 충방전 회로를 형성한다. The connection control unit may include a positive main relay, a negative main relay, and a pre-charge circuit (including a relay and a resistor). The pre-charge circuit serves as an initial charge circuit. The main relay connected in parallel with the pre-charge circuit closes during normal charge/discharge after the initial charge is completed to form a charge/discharge circuit.
본 발명의 실시예에 따른 연결 제어부는 시스템 동작이 완료된다 하더라도 도 4에 도시된 바와 같이 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이가 온 상태를 유지하고 배터리와 부하 사이의 연결 또한 유지된다. 즉, 본 발명에 따른 메인 릴레이는 병렬 배터리 팩이 포함된 시스템의 동작이 종료된 경우에도 배터리 팩과 부하간 연결을 유지한다. In the connection control unit according to an embodiment of the present invention, even when the system operation is completed, the positive main relay and the negative main relay maintain an on state and the connection between the battery and the load is also maintained, as shown in FIG. 4 . That is, the main relay according to the present invention maintains the connection between the battery pack and the load even when the operation of the system including the parallel battery pack is terminated.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메인 릴레이 회로의 일 예이다. 5 is an example of a main relay circuit according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 양극 메인 릴레이(110) 및 음극 메인 릴레이(120)는 일반적인 릴레이가 아닌 래칭 릴레이로 구현된다. In the present invention, the positive main relay 110 and the negative
일반적인 릴레이는 코일에 전류를 흘리면 접점이 붙고 전류를 차단하면 접점이 떨어지는 장치이지만, 래칭 릴레이(Latching Relay)는 코일에 전류를 흘렸다 끊어도 접점이 그대로 붙어 있는 상태를 유지하는 릴레이이다. 래칭 릴레이는 온(set) 코일 및 오프(reset) 코일을 별도로 포함하거나 도 5와 같이 코일 1개로 극성을 달리해서 동작하는 방식을 사용할 수 있다. 래칭 릴레이는 또한 온 신호(set 신호)를 수신하는 스위치(TR1), 오프 신호(reset 신호)를 수신하는 스위치(TR2), 및 하나 이상의 저항 소자(R)를 더 포함할 수 있다. 여기서, TR1 및 TR2는 NPN 트랜지스터일 수 있다.A general relay is a device in which contacts attach when current is passed through the coil and contacts drop when current is cut off, but a latching relay is a relay in which the contacts remain attached even when current is passed through the coil and then disconnected. The latching relay may include an on (set) coil and an off (reset) coil separately, or may use a method of operating by varying the polarity with one coil as shown in FIG. 5 . The latching relay may further include a switch TR1 receiving an on signal (set signal), a switch TR2 receiving an off signal (reset signal), and one or more resistance elements R. Here, TR1 and TR2 may be NPN transistors.
래칭 릴레이의 온 단자에 전원이 인가되면 접점이 영구자석으로 동작하고 온 단자에 대한 전원 공급이 중단되어도 접점이 홀딩된다. 접점이 홀딩된 상태는 별도의 리셋 신호가 입력되기 전까지 유지된다.When power is applied to the on terminal of the latching relay, the contact operates as a permanent magnet, and the contact is held even if power supply to the on terminal is stopped. The held state of the contact is maintained until a separate reset signal is input.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 연결 제어 방법의 순서도이다. 6 is a flowchart of a battery connection control method according to an embodiment of the present invention.
시스템 오프되더라도 BMS는 배터리 차단을 위한 릴레이 제어 신호를 BDU로 전송하지 않는다. 대신 BMS는 팩 전류 및 팩 전압 등 기본적인 배터리 관련 정보에 대한 측정은 주기적으로 진행한다(S610). 측정된 팩 전류가 미리 설정된 임계치를 초과하는 경우(S620의 예) BMS는 릴레이 오프(래칭 릴레이 리셋) 신호를 릴레이로 전송하여(S630), 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이가 차단되도록 제어한다. 또한, BMS는 임계치를 초과하는 팩 전류 발생시 해당 팩에 대한 누설 전류로 진단하고 차량 내 상위 시스템(예를 들어, ECU, MCU 등)으로 진단 신호를 전달한다. Even if the system is turned off, the BMS does not transmit a relay control signal for battery cutoff to the BDU. Instead, the BMS periodically measures basic battery-related information such as pack current and pack voltage (S610). If the measured pack current exceeds the preset threshold (YES in S620), the BMS transmits a relay off (latching relay reset) signal to the relay (S630) to control the positive main relay and the negative main relay to be cut off. In addition, the BMS diagnoses the leakage current of the corresponding pack when a pack current exceeds a threshold value and transmits a diagnosis signal to an upper system (eg, ECU, MCU, etc.) in the vehicle.
릴레이가 차단된(off) 상태로 유지되다가 팩전압이 일정 임계치 이하로 떨어지는 경우(S640의 예), BMS는 릴레이 온 신호를 메인 릴레이로 전송하여(S650) 메인 릴레이가 연결되도록 한다. 결과적으로, 병렬 배터리 팩이 연결되어 팩전압이 유지될 수 있다.When the relay is maintained in an off state and the pack voltage drops below a predetermined threshold (Yes in S640), the BMS transmits a relay on signal to the main relay (S650) so that the main relay is connected. As a result, the battery packs may be connected in parallel and the pack voltage may be maintained.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 차단 회로를 나타낸다.7 shows a relay blocking circuit according to an embodiment of the present invention.
앞서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면 시스템 종료시에도 각 배터리 팩의 메인 릴레이는 래칭 릴레이로 구현되어 온 상태를 유지한다. 다만 각 배터리 팩(1010)에 흐르는 전류가 일정 임계치 이상인 경우 차단 회로를 통해 릴레이 제어 신호가 해당 배터리 팩 내 양극 릴레이(110) 및 음극 릴레이(120)로 입력된다. 이때의 릴레이 제어 신호는 래칭 릴레이에 대한 리셋 신호이다.As described above, according to the present invention, even when the system is shut down, the main relay of each battery pack is implemented as a latching relay and maintains an on state. However, when the current flowing through each
차단 회로는 기준 전압(Vref)을 제1 입력으로 하고 전류 센서에 의해 측정된 배터리 팩의 전류를 제2 입력으로 하는 비교기(720를 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 차단 회로는 상시 전원회로(710)를 통해 전원을 공급받는다.The blocking circuit may be implemented by including a
여기서, 비교기는 예를 들어, 연산증폭기(OP AMP)를 이용해 구현될 수 있다. Here, the comparator may be implemented using, for example, an operational amplifier (OP AMP).
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. The operation of the method according to the embodiment of the present invention can be implemented as a computer readable program or code on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. In addition, computer-readable recording media may be distributed to computer systems connected through a network to store and execute computer-readable programs or codes in a distributed manner.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다. Although some aspects of the present invention have been described in the context of an apparatus, it may also represent a description according to a corresponding method, where a block or apparatus corresponds to a method step or feature of a method step. Similarly, aspects described in the context of a method may also be represented by a corresponding block or item or a corresponding feature of a device. Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device such as, for example, a microprocessor, programmable computer, or electronic circuitry. In some embodiments, one or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.
100: 연결 제어부(BDU)
110: 양극 메인 릴레이
120: 음극 메인 릴레이
200: 정션 박스(Junction Box)
300: BMS
710: 상시 전원
720: 비교기100: connection control unit (BDU)
110: positive main relay 120: negative main relay
200: Junction Box 300: BMS
710: constant power 720: comparator
Claims (13)
각 연결 제어부는,
상기 배터리 팩과 부하의 연결에 대한 온/오프 동작을 수행하는 릴레이부를 포함하고,
상기 릴레이부는 상기 배터리 팩 및 상기 부하가 포함된 장치의 동작이 종료된 경우에도 상기 배터리 팩과 부하간 연결을 유지하는, 배터리 연결 제어 장치.A battery connection control device including a plurality of connection control units (BDUs) interworking with a plurality of battery packs connected in parallel,
Each connection control unit,
A relay unit performing an on/off operation for connection of the battery pack and a load;
The relay unit maintains the connection between the battery pack and the load even when the operation of the device including the battery pack and the load is terminated.
상기 릴레이부는 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이를 포함하고,
상기 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이는 래칭 릴레이인, 배터리 연결 제어 장치.The method of claim 1,
The relay unit includes a positive main relay and a negative main relay,
The positive main relay and the negative main relay are latching relays, battery connection control device.
상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류가 임계치를 초과하는 경우 상기 래칭 릴레이로 리셋 신호를 전송하는 릴레이 차단부를 더 포함하는, 배터리 연결 제어 장치.The method of claim 2,
Further comprising a relay blocking unit for transmitting a reset signal to the latching relay when the current flowing between the battery pack and the relay unit exceeds a threshold value, the battery connection control device.
상기 릴레이 차단부는,
상기 배터리 팩과 상기 릴레이 사이를 흐르는 전류에 상응하는 전압값 및 기준 전압값을 입력으로 하는 비교기를 포함하고,
상기 비교기의 출력은 상기 래칭 릴레이의 리셋 단자로 연결되는, 배터리 연결 제어 장치.The method of claim 3,
The relay blocking unit,
A comparator having as inputs a voltage value and a reference voltage value corresponding to a current flowing between the battery pack and the relay,
The output of the comparator is connected to the reset terminal of the latching relay, the battery connection control device.
상기 복수의 연결 제어부(BDU)와 장치 본체를 연결하되, 상기 장치의 동작 완료시 상기 연결 제어부와 상기 장치 본체와의 연결을 해제시키는 정션 박스를 더 포함하는, 배터리 연결 제어 장치.The method of claim 1,
A battery connection control device further comprising a junction box that connects the plurality of connection control units (BDUs) and the device body, and disconnects the connection control unit from the device body when operation of the device is completed.
상기 정션 박스는,
상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 양극 메인 릴레이와 연결되는 양극 메인 릴레이 및 상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 음극 메인 릴레이와 연결되는 음극 메인 릴레이를 포함하는, 배터리 연결 제어 장치.The method of claim 5,
The junction box,
A battery connection control device comprising a positive main relay connected to a plurality of positive main relays in the plurality of connection control units and a negative main relay connected to a plurality of negative main relays in the plurality of connection control units.
각 배터리 팩과 연동하여 상기 배터리 팩과 부하의 연결에 대한 온/오프 동작을 수행하는 릴레이부를 포함하며, 상기 릴레이부는 상기 배터리 팩 및 부하를 포함하는 장치의 동작이 종료된 경우에도 상기 배터리 팩과 부하간 연결을 유지하는, 복수의 연결 제어부(BDU); 및
배터리 팩과 상기 연결 제어부 사이를 흐르는 전류가 임계치를 초과하는 경우 릴레이 차단 신호를 상기 릴레이부로 전송하는 배터리 관리부를 포함하는, 배터리 시스템.A plurality of battery packs connected in parallel;
A relay unit interlocking with each battery pack to perform an on/off operation for a connection between the battery pack and a load, wherein the relay unit maintains the power of the battery pack and the load even when the operation of the device including the battery pack and the load is terminated. A plurality of connection control units (BDUs) that maintain a connection between loads; and
and a battery management unit configured to transmit a relay cut-off signal to the relay unit when a current flowing between the battery pack and the connection control unit exceeds a threshold value.
상기 릴레이부는 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이를 포함하고,
상기 양극 메인 릴레이 및 음극 메인 릴레이는 래칭 릴레이인, 배터리 시스템.The method of claim 7,
The relay unit includes a positive main relay and a negative main relay,
The positive main relay and the negative main relay are latching relays, the battery system.
상기 배터리 관리부는,
상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 상기 래칭 릴레이로 리셋 신호를 전송하는 릴레이 차단부를 포함하는, 배터리 시스템.The method of claim 8,
The battery management unit,
And a relay cut-off unit configured to transmit a reset signal to the latching relay when a current flowing between the battery pack and the relay unit exceeds a predetermined threshold value.
상기 릴레이 차단부는,
상기 배터리 팩과 상기 릴레이부 사이를 흐르는 전류에 상응하는 전압값 및 기준 전압값을 입력으로 하는 비교기를 포함하고,
상기 비교기의 출력은 상기 래칭 릴레이의 리셋 단자로 연결되는, 배터리 시스템.The method of claim 9,
The relay blocking unit,
A comparator having a voltage value corresponding to a current flowing between the battery pack and the relay unit and a reference voltage value as inputs,
An output of the comparator is connected to a reset terminal of the latching relay.
상기 배터리 팩 및 부하를 포함하는 장치는 전기 자동차인, 배터리 시스템.The method of claim 7,
The device including the battery pack and the load is an electric vehicle, the battery system.
상기 복수의 연결 제어부(BDU)와 장치 본체를 연결하되, 상기 장치의 동작 완료시 상기 연결 제어부와 상기 장치 본체와의 연결을 해제시키는 정션 박스를 더 포함하는, 배터리 시스템.The method of claim 7,
The battery system further includes a junction box that connects the plurality of connection control units (BDUs) and the device body, and disconnects the connection control unit from the device body when operation of the device is completed.
상기 정션 박스는,
상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 양극 메인 릴레이와 연결되는 양극 메인 릴레이 및 상기 복수의 연결 제어부 내 복수의 음극 메인 릴레이와 연결되는 음극 메인 릴레이를 포함하는, 배터리 시스템.
The method of claim 12,
The junction box,
A battery system comprising a positive main relay connected to a plurality of positive main relays in the plurality of connection control units and a negative main relay connected to a plurality of negative main relays in the plurality of connection control units.
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|---|---|---|---|---|
| KR20210022418A (en) | 2019-08-20 | 2021-03-03 | 주식회사 엘지화학 | Battery system and operating method thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |