WO2018139741A1 - 배터리 팩 및 배터리 팩이 연결된 차량 - Google Patents

배터리 팩 및 배터리 팩이 연결된 차량 Download PDF

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염길춘
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삼성에스디아이 주식회사
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Definitions

  • the present disclosure relates to a battery pack and a vehicle to which the battery pack is connected.
  • the power path through which the high current flows includes a bus bar in the battery module, a wire between the battery modules, a wire between the battery pack and the load, and the like.
  • Screws or bolts for fastening between bus bars or bus bars and wires on the power path may be loosened, or contact resistance may increase due to the aging of the wires. In this state, when a large current flows, high heat may occur due to the increased contact resistance, and secondary accidents (Melt, fire, etc.) may occur due to high heat. .
  • High heat generation due to increased contact resistance on the high current path can be detected in advance, and warning messages can be sent to the host system to induce driving stops to prevent secondary accidents due to high heat generation.
  • the present invention provides a battery pack and a vehicle connected thereto.
  • a battery pack connected to a host system includes a relay connected between a battery terminal of the battery pack and the host system, and a plurality of cells connected in series to generate battery detection information. At least two battery modules and a voltage of the battery terminal when a predetermined value or more flows in a large current path between the battery pack and the host system, and measures at least two battery detection information from each of the at least two battery modules; And a BMS for determining a combined state of the battery pack based on the battery terminal voltage and the at least two battery detection information.
  • the BMS may calculate a resistance by dividing a difference between a battery pack voltage based on a sum of a plurality of cell voltages of one of the at least two battery modules and the battery terminal voltage by a current equal to or greater than the predetermined value.
  • One of the at least two battery modules is a battery module adjacent to the BMS of the at least two battery modules, the resistance is a terminal, busbar, connected between the BMS and one of the at least two battery modules, It may correspond to the sum of the resistors of the fuse and the wiring.
  • the BMS may determine that the coupling state between one of the at least two battery modules and the BMS is abnormal when the resistance is greater than or equal to a predetermined threshold.
  • the BMS calculates a resistance by dividing a difference between a highest voltage and a lowest voltage among at least two battery pack voltages based on a sum of a plurality of cell voltages of each of the at least two battery modules by a current equal to or greater than the predetermined value. Can be.
  • the resistance may correspond to the sum of the resistances of the terminals, the busbars and the fuses of each of the at least two battery modules, and the resistance of the wiring between the at least two battery modules.
  • the BMS may determine that the coupling state between the at least two battery modules is abnormal when the resistance is greater than or equal to a predetermined threshold.
  • the BMS may determine that there is an abnormality in the coupled state of the battery module that is a voltage smaller than the normal range if the battery module voltages of each of the at least two battery modules are smaller than the corresponding normal range. .
  • the normal range may vary according to a resistance value viewed from each of the at least two battery modules. As the resistance value viewed from each of the at least two battery modules is smaller, the corresponding normal range may be higher.
  • the BMS may turn off the relay and be turned off.
  • the BMS may inform the host system of an abnormality of the coupling state.
  • a vehicle includes a load supplied with power from a battery pack, and a vehicle controller to stop driving of the vehicle when an abnormality of a coupled state is received from the battery pack.
  • the battery pack includes a relay connected between a battery terminal and the load, a plurality of cells connected in series, and at least two battery modules for generating battery sensing information, and a battery between the battery pack and the load.
  • the voltage of the battery terminal is measured, at least two battery detection information is received from each of the at least two battery modules, and the battery terminal voltage and the at least two battery detection information are based on the battery terminal voltage. It may include a BMS for determining the combined state of the battery pack.
  • the BMS calculates a resistance by dividing a difference between a battery pack voltage based on a sum of a plurality of cell voltages of one of the at least two battery modules and the battery terminal voltage by a current equal to or greater than the predetermined value, and the resistance is predetermined. If it is above the threshold, it may be determined that there is an abnormality in the coupling state between the one of the at least two battery modules and the BMS.
  • One of the at least two battery modules is a battery module adjacent to the BMS of the at least two battery modules, the resistance is a terminal, busbar, connected between the BMS and one of the at least two battery modules, It may correspond to the sum of the resistors of the fuse and the wiring.
  • the BMS calculates a resistance by dividing a difference between a highest voltage and a lowest voltage among at least two battery pack voltages based on a sum of a plurality of cell voltages of the at least two battery modules by a current equal to or greater than the predetermined value.
  • a predetermined threshold it may be determined that there is an error in the coupling state between the at least two battery modules.
  • the resistance may correspond to the sum of the resistances of the terminals, the busbars and the fuses of each of the at least two battery modules, and the resistance of the wiring between the at least two battery modules.
  • the BMS may determine that there is an abnormality in the coupled state of the battery module that is a voltage smaller than the normal range if the battery module voltages of each of the at least two battery modules are smaller than the corresponding normal range. .
  • the normal range may vary according to a resistance value viewed from each of the at least two battery modules.
  • the BMS may turn off the relay and be turned off.
  • High heat generation due to increased contact resistance on the high current path can be detected in advance, and warning messages can be sent to the host system to induce driving stops to prevent secondary accidents due to high heat generation.
  • a battery pack and a vehicle connected thereto are provided.
  • FIG. 1 is a view illustrating a battery pack and some components of a vehicle connected to a battery pack according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a battery pack and a load of a vehicle illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a partial configuration of a vehicle connected to a battery pack according to another embodiment.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit between the battery pack and the load of the vehicle illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a partial configuration of a vehicle connected to a battery pack according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a battery pack and a load of a vehicle illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 1 is a view illustrating a battery pack and some components of a vehicle connected to a battery pack according to an embodiment.
  • the battery pack 1 includes two battery modules 100 and 200, and a master module 10.
  • the battery module 100, the battery module 200, and the master module 10 are electrically connected in parallel, and the master module 10 is connected to the vehicle 20.
  • the vehicle 20 is an example of a system coupled to the battery pack 1, but the invention is not limited thereto.
  • the vehicle 20 includes a vehicle control unit (VCU) 21 and a load 22.
  • the load 22 can be electrically connected to the battery pack 1 and is powered from the battery pack 1.
  • the VCU 21 controls the driving of the vehicle 20.
  • the positive ends 102 and 202 of the battery module 100 and the battery module 200 are coupled to corresponding ones of both ends of the wiring 504 by bolts 101 and 201, respectively, and are connected to the battery module 100.
  • the (-) ends 110 and 210 of the battery module 200 are coupled to corresponding ones of both ends of the wiring 505 by bolts 111 and 211.
  • the positive end 102 of the battery module 100 and the terminal 32 of the master module 10 are connected to corresponding ones of both ends of the wiring 502 by bolts 101 and 31, and the battery module (
  • the negative end 110 of the terminal 100 and the terminal 38 of the master module 10 are connected to corresponding ones of both ends of the wiring 503 by bolts 111 and 39.
  • the terminal 52 of the master module 10 and the terminal 56 of the vehicle 20 are connected to corresponding ones of both ends of the wiring 500 by bolts 51 and 55, respectively.
  • the terminal 42 and the terminal 57 of the vehicle 20 are connected to corresponding ones of both ends of the wiring 500 by bolts 43 and 58.
  • the battery module 100 includes a plurality of cells 120 connected in series and a slave battery management unit (SBM) 130.
  • the SBM 130 generates battery detection information by sensing a current flowing in the battery module 100, a cell voltage of each of the plurality of cells 120, a temperature of the battery module 100, a voltage at both ends of the battery module 100, and the like. can do.
  • the SBM 130 may transmit battery detection information to the master module 10, receive a signal from the master module 10, and generate battery detection information according to the signal received from the master module 10. .
  • the SBM 130 when the SBM 130 receives an instruction signal for detecting the battery pack voltage from the master module 10, the SBM 130 measures the cell voltage of each of the plurality of cells 120 and then adds the battery pack to the battery pack. The voltage is calculated and the calculated battery pack voltage is transmitted to the master module 10.
  • the busbar 105 is connected between the terminal 102 and the plurality of cells 120 by the bolt 103 and the bolt 104, and the busbar 106 is connected to the plurality of cells.
  • the fuse 109 is connected between the terminal 110 and the busbar 106 by a bolt 107 and a bolt 108.
  • the battery module 200 includes a plurality of cells 220 connected in series and a slave battery management unit (SBM) 230.
  • the SBM 230 generates battery detection information by detecting a current flowing in the battery module 200, a cell voltage of each of the plurality of cells 220, a temperature of the battery module 200, a voltage at both ends of the battery module 200, and the like. can do.
  • the SBM 230 may transmit battery detection information to the master module 10, receive a signal from the master module 10, and generate battery detection information according to the signal received from the master module 10. .
  • the SBM 230 may directly transmit and receive a signal with the master module 10, or may transmit and receive a signal with the master module 10 through the SBM 130.
  • the SBM 230 when the SBM 230 receives an indication signal for sensing the battery pack voltage from the master module 10, the SBM 230 measures the cell voltage of each of the plurality of cells 220 and then adds the battery pack to the battery pack. The voltage is calculated and the calculated battery pack voltage is transmitted to the master module 10.
  • the busbar 205 is connected between the terminal 202 and the plurality of cells 220 by the bolt 203 and the bolt 204, and the busbar 206 is connected to the plurality of cells.
  • the fuse 209 is connected between the terminal 210 and the busbar 206 by bolts 207 and 208.
  • the fuse 35 is connected between the terminal 32 and one end of the busbar 36 by bolts 33 and 34, and the other end of the busbar 36 is a battery. It is connected to the B + terminal of.
  • the busbar 40 is connected between the terminals 38 and 42 by bolts 37 and 41, and one end of the busbar 54 is bolted 53. Is connected to the terminal 52, and the other end of the bus bar 54 is connected to the P + terminal.
  • the relay 12 is connected between the B + terminal and the P + terminal and switches according to the relay signal Re_S output from the battery management system (BMS) 11.
  • BMS battery management system
  • the BMS 11 may turn on the relay 12 to charge or discharge the battery pack 1, and turn off the relay 12 to protect the battery pack 1.
  • the BMS 11 measures the B + terminal voltage V_B +, receives battery sensing information from the SBMs 130 and 230, and the combined state of the battery pack 1 based on the B + terminal voltage V_B + and the battery sensing information. Can be detected.
  • the coupled state means a coupled state of a wiring, a terminal, a fuse, a bus bar, or the like of the battery pack 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a battery pack and a load of a vehicle illustrated in FIG. 1.
  • the resistor R1 is a resistor obtained by adding the resistors of the wirings 500 and 501
  • the resistor R2 is a resistor obtained by adding the resistors of the terminals 42 and 52 and the bus bar 54.
  • R3 is the sum of the resistances of the terminals 32 and 38, the fuse 35, and the busbar 36
  • the resistor R4 is the sum of the resistances of the wirings 502 and 503, and the resistance R5.
  • the resistance R6 is the resistance of the sum of the resistances of the wirings 504 and 505, and the resistance R7. Is the sum of the resistances of the terminals 202, 210, fuse 209, and busbars 205, 206.
  • the BMS 11 uses the difference between the battery pack voltage and the B + terminal voltage V_B + to calculate the resistor R3 and the resistor R4.
  • the battery pack voltage may be a voltage obtained by adding cell voltages of each of the plurality of cells 120 of the battery module 100.
  • the present invention is not limited thereto, and the average voltage of the sum of the plurality of cell voltages of the battery module 100 and the sum of the plurality of cell voltages of the battery module 200 may be a high voltage, a low voltage, or an average of two sum voltages. Can be.
  • the battery pack voltage and the voltage at both ends of the battery module are distinguished.
  • the voltage across the battery module is the voltage difference between the positive and negative terminals of the battery module.
  • the BMS 11 calculates the resistor R3 and the resistor R4 when the current flowing in the battery pack 1 is equal to or larger than a predetermined value.
  • this current is called a first current.
  • the BMS 11 subtracts the B + terminal voltage V_B + from the battery pack voltage and divides the result by the first current to calculate the combined resistance of the resistors R3 and R4. If the summed resistance thus calculated is equal to or greater than the first predetermined threshold, the BMS 11 determines that there is an abnormality in the coupling state between the wirings, the busbars, and the terminals corresponding to the resistors R3 and R4.
  • the BMS 11 uses the difference between the highest voltage and the lowest voltage of the battery pack voltages to calculate a block resistance representing the resistors R5-R7.
  • the BMS 11 calculates a block resistance representing the resistors R5-R7 when the current flowing in the battery pack 1 is equal to or greater than a predetermined value. Hereinafter, it is referred to as a second current.
  • the BMS 11 subtracts a low voltage from a high voltage among battery pack voltages of each of the two battery modules 100 and 200.
  • the BMS 11 calculates the block resistance by dividing the difference between the two voltages by the second current. If the calculated block resistance is equal to or greater than the predetermined second threshold, the wiring, busbar, and the like corresponding to the resistors R5-R7, And it is determined that there is an abnormality in the coupling state between the terminals.
  • FIG. 1 illustrates a battery pack including two battery modules, but the invention is not limited thereto.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a partial configuration of a vehicle connected to a battery pack according to another embodiment.
  • the battery pack 1 includes three battery modules 100, 200, and 300.
  • the battery pack 1 includes three battery modules 100, 200, and 300.
  • descriptions overlapping with the foregoing embodiments will be omitted.
  • the positive ends 202 and 302 of each of the battery module 200 and the battery module 300 are coupled to corresponding ones of both ends of the wiring 506 by bolts 201 and 301, and the battery module 200 ) And the (-) ends 210 and 310 of the battery module 300 are coupled to corresponding ones of both ends of the wiring 507 by bolts 211 and 311.
  • the battery module 300 includes a plurality of cells 320 connected in series and a slave battery management unit (SBM) 330.
  • the SBM 330 generates battery detection information by detecting a current flowing in the battery module 300, a cell voltage of each of the plurality of cells 320, a temperature of the battery module 300, a voltage at both ends of the battery module 300, and the like. can do.
  • the SBM 330 may transmit battery detection information to the master module 10, receive a signal from the master module 10, and generate battery detection information according to the signal received from the master module 10. .
  • the SBM 330 when the SBM 330 receives an instruction signal to detect the battery pack voltage from the master module 10, the SBM 330 measures the cell voltage of each of the plurality of cells 320 and then adds the battery pack to the battery pack. The voltage is calculated and the calculated battery pack voltage is transmitted to the master module 10.
  • the SBM 330 may directly transmit / receive a signal with the master module 10, or may transmit / receive a signal with the master module 10 through at least one of the two SBMs 130 and 230.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit between the battery pack and the load of the vehicle illustrated in FIG. 3.
  • resistor R8 is the sum of the resistances of wires 506 and 507
  • resistor R9 is the sum of the resistances of terminals 302 and 310, fuse 309, and busbars 305 and 306. .
  • the BMS 11 calculates the summation resistance obtained by adding the resistor R3 and the resistor R4, the description thereof is the same as described above, and thus the description thereof is omitted.
  • the BMS 11 uses the difference between the highest voltage and the lowest voltage of the battery pack voltages to calculate the block resistance representing the resistors R5-R9.
  • the BMS 11 calculates a block resistance representing the resistors R5-R9 when the current flowing in the battery pack 1 is equal to or greater than a predetermined value. Hereinafter, this is called a third current.
  • the BMS 11 subtracts the lowest voltage from the highest voltage among the battery pack voltages of each of the three battery modules 100, 200, and 300.
  • the BMS 11 calculates the block resistance by dividing the difference between the two voltages by a third current.
  • the calculated block resistance is equal to or greater than a predetermined third threshold value, the wiring, busbar, and the like corresponding to the resistors R5-R9, It is determined that there is an abnormality in the coupling state between the fuse and the terminal.
  • the second threshold may be a value higher than the third threshold.
  • the BMS 11 is a combination of resistor R5, resistor R6 and resistor R7, and the wiring, terminals, and busbars represented by resistors R8 and R9, respectively. The state can be determined.
  • the resistor RE1 viewed from the battery module 100, the resistor RE2 viewed from the battery module 200, and the resistor RE3 viewed from the battery module 300 are different from each other, and RE3> RE2> RE1 may be different from each other. to be. Therefore, the current IB1 flowing through the battery module 100, the current IB2 flowing through the battery module 200, and the current IB3 flowing through the battery module 300 are different from each other, and IB1> IB2> IB3.
  • the normal range for the voltage across each of the battery modules 100, 200, and 300 may be estimated.
  • the normal range means a voltage across the battery module when each of the battery modules 100, 200, and 300 is free from a coupling state with another adjacent configuration.
  • the voltage across the battery module may be lower than the normal range. For example, if an abnormality occurs in the coupling between the wiring, the terminal, the busbar, the fuse, and the like, the resistance of the configuration increases. Then, the current flowing to the battery module connected through the point where the resistance is increased decreases. Therefore, the voltage across the battery module is reduced.
  • the BMS 11 receives information about voltages of both ends of the battery module from the SBMs 130, 230, and 330 of each of the three battery modules 100, 200, and 300, and the normal range of each battery module. Detect the battery module with a voltage lower than the normal range in comparison with. In addition, the BMS 11 may determine that the coupling state of the battery module that does not belong to the normal range is abnormal.
  • the BMS 11 may have a resistance obtained by adding the resistor R8 and the resistor R9 together. It is judged to be higher than the steady state. Then, it may be determined that there is an abnormality in the coupling state between the wirings 506 and 507, the terminals 302 and 310, the bus bars 305 and 306, and the fuse 309.
  • the BMS 11 compares the voltages across the respective battery modules 100, 200, and 300 with a corresponding normal range and has an abnormal coupling state. The point can be detected.
  • FIG. 3 illustrates a battery pack including three battery modules, but the invention is not limited thereto.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a partial configuration of a vehicle connected to a battery pack according to another embodiment.
  • the battery pack 1 includes four battery modules 100, 200, 300, and 400.
  • the battery pack 1 includes four battery modules 100, 200, 300, and 400.
  • descriptions overlapping with the foregoing embodiments will be omitted.
  • the positive ends 302 and 402 of each of the battery module 300 and the battery module 400 are coupled to corresponding ones of both ends of the wiring 508 by bolts 301 and 401, and the battery module 300 ) And the (-) ends 210 and 310 of each of the battery modules 400 are coupled to corresponding ones of both ends of the wiring 509 by bolts 311 and 411.
  • the battery module 400 includes a plurality of cells 420 connected in series and a slave battery management unit (SBM) 430.
  • the SBM 430 generates battery detection information by detecting a current flowing in the battery module 400, a cell voltage of each of the plurality of cells 420, a temperature of the battery module 400, a voltage at both ends of the battery module 400, and the like. can do.
  • the SBM 430 may transmit battery detection information to the master module 10, receive a signal from the master module 10, and generate battery detection information according to the signal received from the master module 10. .
  • the SBM 430 when the SBM 430 receives an indication signal for sensing the battery pack voltage from the master module 10, the SBM 430 measures the cell voltage of each of the plurality of cells 320 and then adds the battery pack to the battery pack. The voltage is calculated and the calculated battery pack voltage is transmitted to the master module 10.
  • the SBM 430 may directly transmit / receive a signal with the master module 10, or may transmit / receive a signal with the master module 10 through at least one of the three SBMs 130, 230, and 330.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a battery pack and a load of a vehicle illustrated in FIG. 5.
  • Resistor R10 is the sum of the resistances of wires 508 and 509
  • resistor R11 is the sum of the resistances of terminals 402 and 410, fuse 409, and busbars 405 and 406. .
  • the BMS 11 calculates the summation resistance obtained by adding the resistor R3 and the resistor R4, the description thereof is the same as described above, and thus the description thereof is omitted.
  • the BMS 11 uses the difference between the highest voltage and the lowest voltage of the battery pack voltages to calculate the block resistance representing the resistors R5-R11.
  • the BMS 11 calculates a block resistance representing the resistors R5-R11 when the current flowing in the battery pack 1 is equal to or greater than a predetermined value. Hereinafter, this is referred to as a fourth current.
  • the BMS 11 subtracts the lowest voltage from the highest voltage among battery pack voltages of each of the four battery modules 100, 200, 300, and 400.
  • the BMS 11 calculates the block resistance by dividing the difference between the two voltages by a fourth current, and if the calculated block resistance is equal to or greater than a predetermined fourth threshold, the wiring, bus bar, and terminal corresponding to the resistors R5-R11. It is determined that there is an abnormality in the state of coupling between, and the fuse.
  • the third threshold may be a value higher than the fourth threshold.
  • the BMS 11 has the resistance R5, the resistor R6 and the resistor R7, the resistor R8 and the resistor R9, and the resistor R10 in the same principle as the other embodiments.
  • the coupling state of the wirings, the terminals, the fuses, and the busbars represented by the and resistors R11 may be determined.
  • the BMS 11 receives information about voltages across the battery modules from the SBMs 130, 230, 330, and 430 of each of the four battery modules 100, 200, 300, and 400. Receive and detect a battery module that is lower than the normal range in comparison to the normal range of each battery module. In addition, the BMS 11 may determine that the coupling state of the battery module that does not belong to the normal range is abnormal.
  • the BMS 11 may set the resistors R10 and R9 to their normal states. Judging by the high value. Then, it may be determined that there is an abnormality in the coupling state between the wirings 508 and 509, the terminals 402 and 410, the bus bars 405 and 406, and the fuse 409.
  • the BMS 11 compares the voltages across the respective battery modules 100, 200, 300, and 400 with a corresponding normal range to form a coupled state. The point at which is abnormal can be detected.
  • the BMS 11 performs an operation for detecting a coupling state when the current flowing in the battery pack 1 is equal to or greater than a predetermined value.
  • a separate synchronizing signal for synchronizing the operation timing of the load of the host system such as a vehicle with the timing for measuring the battery pack voltage is required.
  • a separate sync signal is unnecessary, and a separate signal line for transmitting and receiving a sync signal is also unnecessary.

Abstract

호스트 시스템에 연결되어 있는 배터리 팩은, 상기 배터리 팩의 배터리 단자와 상기 호스트 시스템 사이에 연결되어 있는 릴레이, 직렬 연결되어 있는 복수의 셀을 포함하고, 배터리 감지 정보를 생성하는 적어도 두 개의 배터리 모듈, 및 상기 배터리 팩과 상기 호스트 시스템 간의 대전류 경로 상에 소정치 이상의 전류가 흐를 때, 상기 배터리 단자의 전압을 측정하고, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각으로부터 적어도 두 개의 배터리 감지 정보를 수신하며, 상기 배터리 단자 전압 및 상기 적어도 두 개의 배터리 감지 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 결합 상태를 판단하는 BMS를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 배터리 팩이 연결된 차량
본 개시는 배터리 팩 및 배터리 팩이 연결된 차량에 관한 것이다.
종래 배터리 팩에서 대전류가 흐르는 파워경로(path)의 연결 상태를 실시간으로 감지를 할 수 없다. 대전류가 흐르는 파워 경로는 배터리 모듈 내의 버스 바(bus bar), 배터리 모듈 간의 배선(wire), 배터리 팩과 부하 간의 배선(wire) 등을 포함한다.
파워 경로 상의 버스 바 간 또는 버스 바와 배선 간의 체결을 위한 나사(Screw) 또는 볼트(bolt)가 풀리거나, 배선의 노후로 인해접촉 저항이 증가할 수 있다. 이런 상태에서 대 전류가 흐르면, 증가한 접촉 저항으로 인해 고열이 발생하고, 고열로 인한 2차 사고(Melt, fire, 등)가 발생할 수 있다. .
대 전류 경로 상의 접촉 저항 증가로 인한 고열 발생을 사전에 감지할 수 있고, 호스트 시스템(host system)에 경고 메시지를 전달하여 운행 정지를 유도하여 고열 발생으로 인한 2차 사고를 사전에 예방을 할 수 있는 배터리 팩 및 이에 연결된 차량을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 호스트 시스템에 연결되어 있는 배터리 팩은, 상기 배터리 팩의 배터리 단자와 상기 호스트 시스템 사이에 연결되어 있는 릴레이, 직렬 연결되어 있는 복수의 셀을 포함하고, 배터리 감지 정보를 생성하는 적어도 두 개의 배터리 모듈, 및 상기 배터리 팩과 상기 호스트 시스템 간의 대전류 경로 상에 소정치 이상의 전류가 흐를 때, 상기 배터리 단자의 전압을 측정하고, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각으로부터 적어도 두 개의 배터리 감지 정보를 수신하며, 상기 배터리 단자 전압 및 상기 적어도 두 개의 배터리 감지 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 결합 상태를 판단하는 BMS를 포함한다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 배터리 팩 전압과 상기 배터리 단자 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 상기 BMS에 인접한 배터리 모듈이고, 상기 저항은, 상기 BMS와 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나 사이에 연결되어 있는 단자, 버스바, 퓨즈 및 배선의 저항들의 합에 대응할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 저항이 소정의 임계치 이상이면, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나와 상기BMS 사이의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 각각의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 적어도 두 개의 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출할 수 있다.
상기 저항은, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 단자, 버스바, 및 퓨즈의 저항들의 합 및 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 배선의 저항의 합에 대응할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 저항이 소정의 임계치 이상이면, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 양단의 배터리 모듈 전압이 대응하는 소정의 정상 범위보다 작은 전압이면, 상기 정상 범위보다 작은 전압인 배터리 모듈의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 정상 범위는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 값에 따라 다를 수 있다. 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 값이 작을수록 대응하는 정상 범위가 높을 수 있다.
상기 결합 상태에 이상이 있으면, 상기 BMS는 상기 릴레이를 오프 시키고, 오프 될 수 있다. 상기 BMS는, 상기 호스트 시스템에 상기 결합 상태의 이상을 알릴 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 차량은, 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하, 및 상기 배터리 팩으로부터 결합 상태의 이상을 수신하면, 차량의 운행을 정지하는 차량 제어부를 포함한다. 상기 배터리 팩은, 배터리 단자와 상기 부하 사이에 연결되어 있는 릴레이, 직렬 연결되어 있는 복수의 셀을 포함하고, 배터리 감지 정보를 생성하는 적어도 두 개의 배터리 모듈, 및 상기 배터리 팩과 상기 부하 사이에 소정치 이상의 전류가 흐를 때, 상기 배터리 단자의 전압을 측정하고, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각으로부터 적어도 두 개의 배터리 감지 정보를 수신하며, 상기 배터리 단자 전압 및 상기 적어도 두 개의 배터리 감지 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 결합 상태를 판단하는 BMS를 포함할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 배터리 팩 전압과 상기 배터리 단자 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출하고, 상기 저항이 소정의 임계치 이상이면, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나와 상기 BMS 사이의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 상기 BMS에 인접한 배터리 모듈이고, 상기 저항은, 상기 BMS와 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나 사이에 연결되어 있는 단자, 버스바, 퓨즈 및 배선의 저항들의 합에 대응할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 각각의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 적어도 두 개의 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출하고, 상기 저항이 소정의 임계치 이상이면, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 저항은, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 단자, 버스바, 및 퓨즈의 저항들의 합 및 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 배선의 저항의 합에 대응할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 양단의 배터리 모듈 전압이 대응하는 소정의 정상 범위보다 작은 전압이면, 상기 정상 범위보다 작은 전압인 배터리 모듈의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 정상 범위는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 값에 따라 다를 수 있다.
상기 결합 상태에 이상이 있으면, 상기 BMS는 상기 릴레이를 오프 시키고, 오프 될 수 있다.
대 전류 경로 상의 접촉 저항 증가로 인한 고열 발생을 사전에 감지할 수 있고, 호스트 시스템(host system)에 경고 메시지를 전달하여 운행 정지를 유도하여 고열 발생으로 인한2차 사고를 사전에 예방을 할 수 있는 배터리 팩 및 이에 연결된 차량을 제공한다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩 및 배터리 팩에 연결된 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩과 차량의 부하의 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩에 연결된 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 팩과 차량의 부하의 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩에 연결된 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 6는 도 5에 도시된 배터리 팩과 차량의 부하의 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는경우도 포함한다. 또한어떤 부분이 어떤구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을의미한다.
도 1은 실시 예에따른 배터리 팩 및 배터리 팩에 연결된 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와같이, 배터리 팩(1)은 두 개의 배터리 모듈(100, 200), 및 마스터 모듈(10)을 포함한다. 배터리 모듈(100), 배터리 모듈(200), 및 마스터 모듈(10)은 전기적으로 병렬로 연결되어 있고, 마스터 모듈(10)은 차량(20)에 연결되어 있다.
차량(20)은 배터리 팩(1)과 결합되는 시스템의 일 예로서, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 차량(20)은 차량 제어부(Vehicle Control Unit, VCU)(21) 및 부하(22)를 포함한다. 부하(22)는배터리 팩(1)에 전기적으로 연결될 수 있고, 배터리 팩(1)으로부터 전력을 공급받는다. VCU(21)는 차량(20)의 운행을 제어한다.
배터리 모듈(100)과 배터리 모듈(200) 각각의 (+) 단(102, 202)은 볼트(101, 201)에 의해 배선(504)의 양단 중 대응하는 일단에 결합되어 있고, 배터리 모듈(100)과 배터리 모듈(200) 각각의 (-) 단(110, 210)은 볼트(111, 211)에 의해 배선(505)의 양단 중 대응하는 일단에 결합되어 있다.
배터리 모듈(100)의 (+) 단(102)과 마스터 모듈(10)의 단자(32)는 볼트(101, 31)에 의해 배선(502)의 양단 중 대응하는 일단에 연결되고, 배터리 모듈(100)의 (-) 단(110)과 마스터 모듈(10)의 단자(38)는 볼트(111, 39)에 의해 배선(503)의 양단 중 대응하는 일단에 연결되어 있다.
마스터 모듈(10)의 단자(52)와 차량(20)의 단자(56)는 볼트(51, 55)에 의해 배선(500)의 양단 중 대응하는 일단에 연결되어 있고, 마스터 모듈(10)의 단자(42)와 차량(20)의 단자(57)는 볼트(43, 58)에 의해 배선(500)의 양단 중 대응하는 일단에 연결되어 있다.
배터리 모듈(100)은 직렬 연결된 복수의 셀(120) 및 슬레이브 배터리 관리부(Slave Battery Management Unit, SBM)(130)를 포함한다. SBM(130)은 배터리 모듈(100)에 흐르는 전류, 복수의 셀(120) 각각의 셀 전압, 배터리 모듈(100)의 온도, 배터리 모듈(100)의 양단 전압 등을 감지하여 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다. SBM(130)은 배터리 감지 정보를 마스터 모듈(10)에 송신하고, 마스터 모듈(10)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 마스터 모듈(10)로부터 수신된 신호에 따라 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, SBM(130)이 마스터 모듈(10)로부터 배터리 팩 전압을 감지하라는 지시 신호를 수신하면, SBM(130)은 복수의 셀(120) 각각의 셀 전압을 측정한 후 이를 더하여 배터리 팩 전압을 계산하고, 계산된 배터리 팩 전압을 마스터 모듈(10)에 전송한다.
배터리 모듈(100)에서, 버스바(105)는 볼트(103)와 볼트(104)에 의해 단자(102)와 복수의 셀(120) 사이에 연결되어 있고, 버스바(106)는 복수의 셀(120)에 연결되어 있는 일단 및 볼트(107)에 의해 퓨즈(109)의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 퓨즈(109)는 볼트(107)와 볼트(108)에 의해 단자(110)과 버스바(106) 사이에 연결되어 있다.
배터리 모듈(200)은 직렬 연결된 복수의 셀(220) 및 슬레이브 배터리 관리부(Slave Battery Management Unit, SBM)(230)를 포함한다. SBM(230)은 배터리 모듈(200)에 흐르는 전류, 복수의 셀(220) 각각의 셀 전압, 배터리 모듈(200)의 온도, 배터리 모듈(200)의 양단 전압 등을 감지하여 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다.
SBM(230)은 배터리 감지 정보를 마스터 모듈(10)에 송신하고, 마스터 모듈(10)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 마스터 모듈(10)로부터 수신된 신호에 따라 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다. SBM(230)은 직접적으로 마스터 모듈(10)과 신호를 송수신하거나, SBM(130)을 통해 마스터 모듈(10)과 신호를 송수신할 수 있다.
예를 들어, SBM(230)이 마스터 모듈(10)로부터 배터리 팩 전압을 감지하라는 지시 신호를 수신하면, SBM(230)은 복수의 셀(220) 각각의 셀 전압을 측정한 후 이를 더하여 배터리 팩 전압을 계산하고, 계산된 배터리 팩 전압을 마스터 모듈(10)에 전송한다.
배터리 모듈(200)에서, 버스바(205)는 볼트(203)와 볼트(204)에 의해 단자(202)와 복수의 셀(220) 사이에 연결되어 있고, 버스바(206)는 복수의 셀(220)에 연결되어 있는 일단 및 볼트(207)에 의해 퓨즈(209)의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 퓨즈(209)는 볼트(207)와 볼트(208)에 의해 단자(210)과 버스바(206) 사이에 연결되어 있다.
마스터 모듈(10)에서, 퓨즈(35)는 볼트(33) 및 볼트(34)에 의해 단자(32)와 버스바(36)의 일단 사이에 연결되어 있고, 버스바(36)의 타단은 배터리의 B+ 단자에 연결되어 있다. 마스터 모듈(10)에서, 버스바(40)는 볼트(37) 및 볼트(41)에 의해 단자(38) 및 단자(42) 사이에 연결되어 있고, 버스바(54)의 일단은 볼트(53)에 의해 단자(52)에 연결되어 있고, 버스바(54)의 타단은 P+ 단자에 연결되어 있다.
릴레이(12)는 B+ 단자와 P+ 단자 사이에 연결되어 있고, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(11)으로부터 출력되는 릴레이 신호(Re_S)에 따라 스위칭한다. 릴레이(12)가 온 되면, 배터리 팩(1)의 B+ 단자와 차량(20)이 전기적으로 연결된다. BMS(11)는 배터리 팩(1)의 충전 또는 방전을 위해서 릴레이(12)를 온 시키고, 배터리 팩(1)을 보호하기 위해서 릴레이(12)를 오프 시킬 수 있다.
BMS(11)는 B+ 단자 전압(V_B+)을 측정하고, SBM(130, 230)으로부터 배터리 감지 정보를 수신하며, B+ 단자 전압(V_B+)과 배터리 감지 정보에 기초하여 배터리 팩(1)의 결합 상태를 감지할 수 있다. 결합 상태란, 배터리 팩(1)의 배선, 단자, 퓨즈, 버스바 등의 결합 상태를 의미한다. BMS(11)는 결합 상태의 이상을 감지하면 릴레이(12)를 오프 시키고, BMS(11)도 오프된다. BMS(11)는 결합 상태의 이상을 호스트 시스템인 차량(20)에 알릴 수 있다. 구체적으로, BMS(11)는 차량(20)의 VCU(21)에 이를 알릴 수 있고, VCU(21)는 차량(20)의 운행을 정지시키고 이를 표시할 수 있다.
도 2를 참조하여 BMS(11)가 결합 상태를 감지하는 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩과 차량의 부하의 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 2에서, 저항(R1)은 배선들(500, 501)의 저항들을 합한 저항이고, 저항(R2)은 단자들(42, 52) 및 버스바(54)의 저항들을 합한 저항이며, 저항(R3)은 단자(32, 38), 퓨즈(35), 및 버스바(36)의 저항들을 합한 저항이고, 저항(R4)은 배선들(502, 503)의 저항들을 합한 저항이며, 저항(R5)은 단자(102, 110), 퓨즈(109), 및 버스바들(105, 106)의 저항들을 합한 저항이고, 저항(R6)은배선들(504, 505)의 저항들을 합한 저항이며, 저항(R7)은 단자(202, 210), 퓨즈(209), 및 버스바들(205, 206)의 저항들을 합한 저항이다.
BMS(11)는 저항(R3) 및 저항(R4)을 산출하기 위해서 배터리 팩 전압 및 B+ 단자 전압(V_B+)간의 차를 이용한다. 예를 들어, 배터리 팩 전압은 배터리 모듈(100) 의 복수의 셀(120) 각각의 셀 전압을 합산한 전압일 수 있다. 그러나 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 배터리 모듈(100)의 복수의 셀 전압들의 합산 전압 및 배터리 모듈(200)의 복수의 셀 전압들의 합산 전압 중에서 높은 전압, 낮은 전압, 또는 두 합산 전압의 평균일 수 있다.
아울러, 배터리 팩 전압과 배터리 모듈의 양단 전압은 구분된다. 배터리 모듈의 양단 전압은 배터리 모듈에서 (+) 단자와 (-) 단자 간의 전압 차이이다.
BMS(11)는 배터리 팩(1)에 흐르는 전류가 소정치 이상일 때, 저항(R3) 및 저항(R4)을 산출한다. 이하, 이 전류를 제1 전류라 한다. BMS(11)는 배터리 팩 전압에서 B+ 단자 전압(V_B+)을 빼고, 그 결과를 제1 전류로 나누어 저항(R3) 및 저항(R4)의 합산 저항을 계산한다. 이렇게 산출된 합산 저항이 소정의 제1 임계치 이상이면, BMS(11)는 저항(R3) 및 저항(R4)에 해당하는 배선, 버스바, 및 단자 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단한다.
또한, BMS(11)는 저항들(R5-R7)을 대표하는 블록(block) 저항을 산출하기 위해서 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압 간의 차를 이용한다. BMS(11)는 배터리 팩(1)에 흐르는 전류가 소정치 이상일 때, 저항들(R5-R7)을 대표하는 블록 저항을 산출한다. 이하, 제2 전류라 한다.
예를 들어, BMS(11)는 두 배터리 모듈(100, 200) 각각의 배터리 팩 전압 중 높은 전압에서 낮은 전압을 뺀다. BMS(11)는 두 전압 간의 차를 제2 전류로 나누어 블록 저항을 계산하고, 이렇게 산출된 블록 저항이 소정의 제2 임계치 이상이면, 저항들(R5-R7)에 해당하는 배선, 버스바, 및 단자 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단한다.
도 1에서는 두 개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩에 연결된 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 세 개의 배터리 모듈(100, 200, 300)을 포함한다. 이하, 앞선 실시 예와 중복되는 설명은 이하 생략한다.
배터리 모듈(200)과 배터리 모듈(300) 각각의 (+) 단(202, 302)은 볼트(201, 301)에 의해 배선(506)의 양단 중 대응하는 일단에 결합되어 있고, 배터리 모듈(200)과 배터리 모듈(300) 각각의 (-) 단(210, 310)은 볼트(211, 311)에 의해 배선(507)의 양단 중 대응하는 일단에 결합되어 있다.
배터리 모듈(300)은 직렬 연결된 복수의 셀(320) 및 슬레이브 배터리 관리부(Slave Battery Management Unit, SBM)(330)를 포함한다. SBM(330)은 배터리 모듈(300)에 흐르는 전류, 복수의 셀(320) 각각의 셀 전압, 배터리 모듈(300)의 온도, 배터리 모듈(300)의 양단 전압 등을 감지하여 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다. SBM(330)은 배터리 감지 정보를 마스터 모듈(10)에 송신하고, 마스터 모듈(10)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 마스터 모듈(10)로부터 수신된 신호에 따라 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, SBM(330)이 마스터 모듈(10)로부터 배터리 팩 전압을 감지하라는 지시 신호를 수신하면, SBM(330)은 복수의 셀(320) 각각의 셀 전압을 측정한 후 이를 더하여 배터리 팩 전압을 계산하고, 계산된 배터리 팩 전압을 마스터 모듈(10)에 전송한다.
SBM(330)은 직접적으로 마스터 모듈(10)과 신호를 송수신하거나, 두 개의 SBM(130, 230) 중 적어도 하나를 통해 마스터 모듈(10)과 신호를 송수신할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 팩과 차량의 부하의 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 4에서, 저항(R1) 내지 저항(R7)에 대한 설명은 중복되므로 생략한다. 저항(R8)은 배선들(506, 507)의 저항들을 합한 저항이고, 저항(R9)은 단자(302, 310), 퓨즈(309), 및 버스바들(305, 306)의 저항들을 합한 저항이다.
BMS(11)가 저항(R3) 및 저항(R4)을 합한 합산 저항을 산출하는 방식은 앞서 설명과 동일하므로 생략한다.
BMS(11)는 저항들(R5-R9)을 대표하는 블록(block) 저항을 산출하기 위해서 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압 간의 차를 이용한다. BMS(11)는 배터리 팩(1)에 흐르는 전류가 소정치 이상일 때, 저항들(R5-R9)을 대표하는 블록 저항을 산출한다. 이하, 이를 제3 전류라 한다.
예를 들어, BMS(11)는 세 개의 배터리 모듈(100, 200, 300) 각각의 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압에서 가장 낮은 전압을 뺀다. BMS(11)는 두 전압 간의 차를 제3 전류로 나누어 블록 저항을 계산하고, 이렇게 산출된 블록 저항이 소정의 제3 임계치 이상이면, 저항들(R5-R9)에 해당하는 배선, 버스바, 퓨즈 및 단자 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단한다. 제2 임계치가 제3 임계치보다 높은 값일 수 있다.
또한, 다른 실시 예에서는, BMS(11)가 저항(R5), 저항(R6)과저항(R7), 및 저항(R8)과 저항(R9) 각각으로 나타내어지는 배선, 단자, 및 버스바의 결합 상태를 판단할 수 있다.
도 4에 도시된 등가 회로를 기초로 중첩의 원리를 적용하면, 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각에서 바라본 저항이 달라, 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각에 흐르는 전류가 서로 다르다. 이 때, 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각의 전압은 모두 동일한 것으로 가정한다.
예를 들어, 배터리 모듈(100)에서 바라본 저항(RE1), 배터리 모듈(200)에서 바라본 저항(RE2), 및 배터리 모듈(300)에서 바라본 저항(RE3) 각각은 서로 다르고, RE3>RE2>RE1 이다. 따라서 배터리 모듈(100)에 흐르는 전류(IB1), 배터리 모듈(200)에 흐르는 전류(IB2), 및 배터리 모듈(300)에 흐르는 전류(IB3) 각각은 서로 다르고, IB1>IB2>IB3 이다.
배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각의 양단 전압에 대한 정상 범위를 추정할 수 있다. 정상 범위란 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각이 인접한 다른 구성과의 결합 상태에 이상이 없을 때의 배터리 모듈 양단 전압을 의미한다.
예를 들어, 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각에서 바라본 저항 값이 작을수록, 흐르는 전류가 증가하여, 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각의 양단 전압이 높을 수 있다. 따라서, 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각에서 바라본 저항 값이 작을수록, 대응하는 정상 범위가 높을 수 있다.
그러나, 결합 상태에 문제가 있을 경우, 배터리 모듈의 양단 전압이 정상 범위보다 낮은 전압일 수 있다. 예를 들어, 배선, 단자, 버스바, 퓨즈 등 간의 결합에 이상이 발생하면, 해당 구성의 저항이 증가한다. 그러면, 저항이 증가한 지점을 통해 연결되는 배터리 모듈에 흐르는 전류가 감소한다. 따라서 배터리 모듈의 양단 전압이 감소한다.
다른 실시 예에 따른BMS(11)는 세 개의 배터리 모듈(100, 200, 300) 각각의 SBM(130, 230, 330)으로부터 배터리 모듈의 양단 전압에 대한 정보를 수신하고, 각 배터리 모듈의 정상 범위와 비교하여 정상 범위보다 낮은 전압인 배터리 모듈을 검출한다. 그리고, BMS(11)는 정상 범위에 속하지 않는 배터리 모듈의 결합 상태가 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈(300)의 양단 전압이 정상 범위보다 낮고, 배터리 모듈(200)의 양단 전압이 정상 범위 내라면, BMS(11)는 저항(R8)과 저항(R9)을 합한 저항이 정상 상태에 비해 높은 값으로 판단한다. 그러면, 배선(506, 507), 단자(302, 310), 버스바(305, 306), 및 퓨즈(309) 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단될 수 있다.
BMS(11)는 저항들(R5-R9)을 대표하는 블록 저항이 제3 임계치 이상인 경우, 배터리 모듈들(100, 200, 300) 각각의 양단 전압을 대응하는 정상 범위와 비교하여 결합 상태가 이상인 지점을 검출할 수 있다.
도 3에서는 세 개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩에 연결된 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 네 개의 배터리 모듈(100, 200, 300, 400)을 포함한다. 이하, 앞선 실시 예들과 중복되는 설명은 이하 생략한다.
배터리 모듈(300)과 배터리 모듈(400) 각각의 (+) 단(302, 402)은 볼트(301, 401)에 의해 배선(508)의 양단 중 대응하는 일단에 결합되어 있고, 배터리 모듈(300)과 배터리 모듈(400) 각각의 (-) 단(210, 310)은 볼트(311, 411)에 의해 배선(509)의 양단 중 대응하는 일단에 결합되어 있다.
배터리 모듈(400)은 직렬 연결된 복수의 셀(420) 및 슬레이브 배터리 관리부(Slave Battery Management Unit, SBM)(430)를 포함한다. SBM(430)은 배터리 모듈(400)에 흐르는 전류, 복수의 셀(420) 각각의 셀 전압, 배터리 모듈(400)의 온도, 배터리 모듈(400)의 양단 전압 등을 감지하여 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다. SBM(430)은 배터리 감지 정보를 마스터 모듈(10)에 송신하고, 마스터 모듈(10)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 마스터 모듈(10)로부터 수신된 신호에 따라 배터리 감지 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, SBM(430)이 마스터 모듈(10)로부터 배터리 팩 전압을 감지하라는 지시 신호를 수신하면, SBM(430)은 복수의 셀(320) 각각의 셀 전압을 측정한 후 이를 더하여 배터리 팩 전압을 계산하고, 계산된 배터리 팩 전압을 마스터 모듈(10)에 전송한다.
SBM(430)은 직접적으로 마스터 모듈(10)과 신호를 송수신하거나, 세 개의 SBM(130, 230, 330) 중 적어도 하나를 통해 마스터 모듈(10)과 신호를 송수신할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 배터리 팩과 차량의 부하의 등가 회로를 나타낸 회로도이다.
도 6에서, 저항(R1) 내지 저항(R9)에 대한 설명은 중복되므로 생략한다. 저항(R10)은 배선들(508, 509)의 저항들을 합한 저항이고, 저항(R11)은 단자(402, 410), 퓨즈(409), 및 버스바들(405, 406)의 저항들을 합한 저항이다.
BMS(11)가 저항(R3) 및 저항(R4)을 합한 합산 저항을 산출하는 방식은 앞서 설명과 동일하므로 생략한다.
BMS(11)는 저항들(R5-R11)을 대표하는 블록(block) 저항을 산출하기 위해서 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압 간의 차를 이용한다. BMS(11)는 배터리 팩(1)에 흐르는 전류가 소정치 이상일 때, 저항들(R5-R11)을 대표하는 블록 저항을 산출한다. 이하, 이를 제4 전류라 한다.
예를 들어, BMS(11)는 네 개의 배터리 모듈(100, 200, 300, 400) 각각의 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압에서 가장 낮은 전압을 뺀다. BMS(11)는두 전압 간의 차를 제4 전류로 나누어 블록 저항을 계산하고, 이렇게 산출된 블록 저항이 소정의 제4 임계치 이상이면, 저항들(R5-R11)에 해당하는 배선, 버스바, 단자, 및 퓨즈 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단한다. 제3 임계치가 제4 임계치보다 높은 값일 수 있다.
또한, 또 다른 실시 예에서도, 다른 실시 예와 동일한 원리로 BMS(11)가 저항(R5), 저항(R6)과 저항(R7), 저항(R8)과 저항(R9), 및 저항(R10)과 저항(R11) 각각으로 나타내어지는 배선, 단자, 퓨즈, 및 버스바의 결합 상태를 판단할 수 있다.
앞서 다른 실시 예에서 설명한 동일한 방식으로, BMS(11)는 네 개의 배터리 모듈(100, 200, 300, 400) 각각의 SBM(130, 230, 330, 430)으로부터 배터리 모듈의 양단 전압에 대한 정보를 수신하고, 각 배터리 모듈의 정상 범위와 비교하여 정상 범위보다 낮은 전압인 배터리 모듈을 검출한다. 그리고, BMS(11)는 정상 범위에 속하지 않는 배터리 모듈의 결합 상태가 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈(400)의 양단 전압이 정상 범위보다 낮고, 배터리 모듈(300)의 양단 전압이 정상 범위 내라면, BMS(11)는 저항(R10) 및 저항(R9)가 정상 상태에 비해 높은 값으로 판단한다. 그러면, 배선(508, 509), 단자(402, 410), 버스바(405, 406), 퓨즈(409) 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단될 수 있다.
BMS(11)는 저항들(R5-R11)을 대표하는 블록 저항이 제4 임계치 이상인 경우, 배터리 모듈들(100, 200, 300, 400) 각각의 양단 전압을 대응하는 정상 범위와 비교하여 결합 상태가 이상인 지점을 검출할 수 있다.
실시 예들에 따른 BMS(11)는 배터리 팩(1)에 흐르는 전류가 소정치 이상이면, 결합 상태를 감지하기 위한 동작을 수행한다. 종래에는 차량과 같은 호스트 시스템의 부하의 동작 타이밍과 배터리 팩 전압을 측정하기 위한 타이밍을 동기화하기 위한 별도의 동기 신호가 필요하였다. 그러나 실시 예들에 따르면 별도의 동기 신호가 불필요하고, 동기 신호를 송수신하기 위한 별도의 신호선 역시 불필요하다.
실시 예들에 따라, 결합 상태가 이상이 있는 체결 지점이 검출될 수 있으므로, 나사의 풀림, 전력선의 노후 등으로 인한 고열 및 발화를 사전에 방지할 수 있다.
이상에서 복수의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는본 발명의 기본개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (23)

  1. 호스트 시스템에 연결되어 있는 배터리 팩에 있어서,
    상기 배터리 팩의 배터리 단자와 상기 호스트 시스템 사이에 연결되어 있는 릴레이,
    직렬 연결되어 있는 복수의 셀을 포함하고, 배터리 감지 정보를 생성하는 적어도 두 개의 배터리 모듈, 및
    상기 배터리 팩과 상기 호스트 시스템 간의 대전류 경로 상에 소정치 이상의 전류가 흐를 때, 상기 배터리 단자의 전압을 측정하고, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각으로부터 적어도 두 개의 배터리 감지 정보를 수신하며, 상기 배터리 단자 전압 및 상기 적어도 두 개의 배터리 감지 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 결합 상태를 판단하는 BMS를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 배터리 팩 전압과 상기 배터리 단자 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 상기 BMS에 인접한 배터리 모듈이고,
    상기 저항은, 상기 BMS와 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나 사이에 연결되어 있는 단자, 버스바, 퓨즈 및 배선의 저항들의 합에 대응하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 저항이 소정의 임계치 이상이면,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나와 상기 BMS 사이의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는 배터리 팩.
  5. 제1항에있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 각각의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 적어도 두 개의 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저항은,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 단자, 버스바, 및 퓨즈의 저항들의 합 및 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 배선의 저항의 합에 대응하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 저항이 소정의 임계치 이상이면,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 양단의 배터리 모듈 전압이 대응하는 소정의 정상 범위보다 작은 전압이면,
    상기 정상 범위보다 작은 전압인 배터리 모듈의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 각각에 따라 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에 흐르는 전류가 결정되는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 각각에 대해서, 저항 값이 작을수록 대응하는 배터리 모듈에 흐르는 전류가 증가하여 상기 대응하는 배터리 모듈에 대응하는 정상 범위가 높으며,
    상기 정상 범위는 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에 대해서, 결합 상태에 이상이 없을 때의 배터리 모듈 양단 전압인 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 대응하는 정상 범위보다 상기 대응하는 배터리 모듈의 양단 전압이 낮으면, 상기 대응하는 배터리 모듈의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는 배터리 팩.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 정상 범위는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 값에 따라 다른 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 값이 작을수록 대응하는 정상 범위가 높은 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 결합 상태에 이상이 있으면,
    상기 BMS는 상기 릴레이를 오프 시키고, 오프 되는 배터리 팩.
  15. 제14항에있어서,
    상기 BMS는, 상기 호스트 시스템에 상기 결합 상태의 이상을 알리는 배터리 팩.
  16. 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하, 및
    상기 배터리 팩으로부터 결합 상태의 이상을 수신하면, 차량의 운행을 정지하는 차량 제어부를 포함하고,
    상기 배터리 팩은,
    배터리 단자와 상기 부하 사이에 연결되어 있는 릴레이,
    직렬 연결되어 있는 복수의 셀을 포함하고, 배터리 감지 정보를 생성하는 적어도 두 개의 배터리 모듈, 및
    상기 배터리 팩과 상기 부하 사이에 소정치 이상의 전류가 흐를 때, 상기 배터리 단자의 전압을 측정하고, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각으로부터 적어도 두 개의 배터리 감지 정보를 수신하며, 상기 배터리 단자 전압 및 상기 적어도 두 개의 배터리 감지 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 결합 상태를 판단하는 BMS를 포함하는 차량.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 배터리 팩 전압과 상기 배터리 단자 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출하고,
    상기 저항이 소정의 임계치 이상이면, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나와 상기 BMS 사이의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는 차량.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 상기 BMS에 인접한 배터리 모듈이고,
    상기 저항은, 상기 BMS와 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 하나 사이에 연결되어 있는 단자, 버스바, 퓨즈 및 배선의 저항들의 합에 대응하는 차량.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 중 각각의 복수의 셀 전압을 합한 전압에 기초한 적어도 두 개의 배터리 팩 전압 중 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압 간의 차를 상기 소정치 이상의 전류로 나누어 저항을 산출하고,
    상기 저항이 소정의 임계치 이상이면, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는 차량.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 저항은,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 단자, 버스바, 및 퓨즈의 저항들의 합 및 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 간의 배선의 저항의 합에 대응하는 차량.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각의 양단의 배터리 모듈 전압이 대응하는 소정의 정상 범위보다 작은 전압이면,
    상기 정상 범위보다 작은 전압인 배터리 모듈의 결합 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는 차량.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 정상 범위는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈 각각에서 바라본 저항 값에 따라 다른 차량.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 결합 상태에 이상이 있으면,
    상기 BMS는 상기 릴레이를 오프 시키고, 오프 되는 차량.
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