WO2022080692A1 - 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법 - Google Patents

배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법 Download PDF

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서보현
이승현
김태윤
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Definitions

  • the technology described below relates to a battery device, a battery management system, and a method for diagnosing a connection state.
  • An electric vehicle or a hybrid vehicle is a vehicle that obtains power by driving a motor mainly using a battery as a power source, and research is being actively conducted in that it is an alternative that can solve the pollution and energy problems of an internal combustion vehicle.
  • rechargeable batteries are used in various external devices other than vehicles.
  • a battery pack in which a plurality of battery modules are connected in series is used.
  • a battery pack two adjacent battery modules are connected to each other via a bus-bar.
  • the output terminal of the battery pack is connected via a wire to a switch that controls the supply of current to the battery pack.
  • Some embodiments may provide a battery device capable of diagnosing a problem related to a connection state of the battery device, a battery management system, and a method for diagnosing a connection state.
  • a battery device including a battery pack, a switch, wiring, a voltage measuring circuit, and a processor
  • the battery pack may include a plurality of battery modules and a bus bar connecting two battery modules among the plurality of battery modules.
  • the switch may control current supply of the battery pack, and the wiring may connect the battery pack and the switch.
  • the voltage measuring circuit may measure a voltage of the bus bar, a voltage of the battery pack, and a voltage of the plurality of battery modules.
  • the processor may diagnose the connection state of the bus bar and the connection state of the wiring based on the current of the battery pack, the voltage of the bus bar, the voltage of the battery pack, and the voltages of the plurality of battery modules.
  • the processor may calculate a resistance of the bus bar based on a voltage of the bus bar and a current of the battery pack, and diagnose a connection state of the bus bar based on the resistance of the bus bar.
  • the processor may diagnose that an error has occurred in the connection state of the bus bar.
  • the processor is configured to determine the level of the bus bar based on a voltage between a node at which the bus bar is connected to one of the two battery modules and a node at which the bus bar is connected to the other one of the two battery modules. voltage can be measured.
  • the processor determines the voltage of the wiring based on the voltage of the bus bar, the voltage of the battery pack, and the voltages of the plurality of battery modules, and determines the voltage of the wiring and the current of the battery pack. Based on the calculation of the resistance of the wiring, the connection state of the wiring may be diagnosed based on the resistance of the wiring.
  • the processor may diagnose that an error has occurred in the connection state of the wire.
  • the switch includes a first switch and a second switch
  • the wiring includes a first wiring connecting the positive terminal of the battery pack and the first switch, and a negative terminal of the battery pack and the second wiring.
  • a second wire connecting the switch may be included.
  • the voltage of the wiring may include the voltage of the first wiring and the voltage of the second wiring.
  • the voltage measuring circuit is a voltage between a first node to which the first wire and the first switch are connected and a second node to which the second wire and the second switch are connected to a voltage of the battery pack. can be measured.
  • the processor may determine the voltage of the wiring based on a value obtained by subtracting the voltage of the bus bar and the sum of the voltages of the plurality of battery modules from the voltage of the battery pack.
  • the bus bar includes a plurality of bus bars, and each bus bar may connect two corresponding battery modules among the plurality of battery modules.
  • the processor may determine the voltage of the wiring based on a value obtained by subtracting the sum of the voltages of the plurality of battery modules and the sum of the voltages of the plurality of bus bars from the voltage of the battery pack.
  • a method for diagnosing a connection state of a battery device including a plurality of battery modules may be provided.
  • the method for diagnosing the connection state includes measuring a current of the battery pack, measuring a voltage of the battery pack, measuring a voltage of each battery module, and a bus bar connecting two battery modules among the plurality of battery modules measuring the voltage of the battery pack, and based on the current of the battery pack, the voltage of the bus bar, the voltage of the battery pack, and the voltages of the plurality of battery modules, the connection state of the bus bar and the wiring connected to the battery pack It may include the step of diagnosing the connection state of
  • the diagnosing the connection state includes calculating a resistance of the bus bar based on a voltage of the bus bar and a current of the battery pack, and the bus bar based on the resistance of the bus bar. It may include the step of diagnosing the connection state of
  • the diagnosing the connection state includes determining the voltage of the wiring based on the voltage of the bus bar, the voltage of the battery pack, and the voltage of the plurality of battery modules, the voltage of the wiring and the The method may include calculating a resistance of the wiring based on a current of the battery pack, and diagnosing a connection state of the wiring based on the resistance of the wiring.
  • the wiring is a first wiring connecting the positive terminal of the battery pack and a first switch for controlling the supply of current to the battery pack and the negative terminal of the battery pack and the negative terminal of the battery pack to control the supply of current
  • a second wire connecting the second switch may be included.
  • the measuring the voltage of the battery pack may include a voltage between a first node to which the first wire and the first switch are connected and a second node to which the second wire and the second switch are connected. It may include measuring the voltage of the battery pack.
  • a battery pack including a plurality of battery modules and a bus bar connecting two of the plurality of battery modules, a switch for controlling current supply of the battery pack, and connecting the battery pack and the switch
  • a battery management system of a battery device including a wiring to be provided may be provided.
  • the battery management system includes a voltage measuring circuit for measuring a voltage of the bus bar, a voltage of the battery pack, and a voltage of the plurality of battery modules, and a current of the battery pack, a voltage of the bus bar, and a voltage of the battery pack and a processor configured to diagnose a connection state of the bus bar and a connection state of the wiring based on voltages of the plurality of battery modules.
  • a connection state of a bus bar and a wiring may be diagnosed in the battery device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining voltage measurement of a battery device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a bus bar in a battery device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a connection state in a battery device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a connection state in a battery device according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery device according to an exemplary embodiment.
  • the battery device 100 has a structure capable of being electrically connected to an external device through a positive connection terminal DC(+) and a negative connection terminal DC(-).
  • the battery device 100 may be connected to the external device 10 through a positive connection terminal DC(+) and a negative connection terminal DC(-).
  • the battery device 100 operates as a power supply that supplies power to the load and is discharged.
  • the external device operating as a load may be, for example, an electronic device, a transportation means, or an energy storage system (ESS), and the transportation means may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or smart mobility. It may be a vehicle.
  • the battery device 100 includes a battery pack 110 , a main positive switch 121 , a main negative switch 122 , a voltage measuring circuit 130 , a current sensor 140 , and a processor 150 .
  • the battery pack 110 has a positive terminal PV(+) and a negative terminal PV(-).
  • the battery pack includes a plurality of battery modules (not shown) connected in series between a positive terminal (PV(+)) and a negative terminal (PV(-)), and each battery module includes a plurality of battery modules connected in series of a battery cell (not shown), and in some embodiments, the battery cell may be a rechargeable secondary battery. In this way, a plurality of battery modules may be connected in the battery pack 110 to supply desired power.
  • the main positive switch 121 is connected between the positive terminal PV(+) of the battery pack 110 and the positive connection terminal DC(+) of the battery device 100 .
  • the main negative switch 122 is connected between the negative terminal PV(-) of the battery pack 110 and the negative connection terminal DC(-) of the battery device 100 .
  • the switches 121 and 122 may be controlled by the processor 150 to control an electrical connection between the battery pack 110 and an external device. That is, the switches 121 and 122 may control the current supply of the battery pack 110 .
  • each of the switches 121 and 122 may be a contactor formed of a relay.
  • each of the switches 121 and 122 may be an electrical switch such as a transistor.
  • the battery device 100 may further include a driving circuit (not shown) for controlling the switches 121 and 122 , respectively.
  • the voltage measuring circuit 130 measures a voltage at a predetermined point in the battery device 100 .
  • the current sensor 140 measures the current of the battery pack 110 .
  • the current sensor 140 flows from the discharge current of the battery pack 110 (eg, from the positive terminal PV(+)) of the battery pack 110 to the positive connection terminal DC(+). current) or a charging current of the battery pack 110 (eg, a current flowing from the positive connection terminal DC(+) to the positive terminal PV(+)) of the battery pack 110).
  • the current sensor 140 is illustrated as being connected between the positive terminal (PV(+)) and the positive connection terminal (DC(+)) of the battery pack in FIG. 1 , the position of the current sensor 140 is not limited thereto. .
  • the current sensor 140 may be connected between the negative terminal (PV(-)) and the negative connection terminal (DC(-)) of the battery pack.
  • the current sensor 140 may be included in the battery pack 110 .
  • the processor 150 diagnoses the connection state of the battery device 100 based on the voltage measured by the voltage measuring circuit 130 and the current measured by the current sensor 140 .
  • the processor 150 may control the operation of the switches 121 and 122 .
  • the processor 150 may be, for example, a micro controller unit (MCU).
  • the processor 150 may form a battery management system.
  • the battery management system may further include a voltage measurement circuit 130 or a current sensor 140 .
  • FIG. 2 is a diagram for explaining voltage measurement of a battery device according to an embodiment
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a bus bar in the battery device according to an embodiment.
  • a plurality of battery modules 211 , 212 , 213 , and 214 are connected in series in the battery pack 210 .
  • four battery modules 211 , 212 , 213 , and 214 are illustrated for convenience of description, but the number of battery modules is not limited thereto.
  • the bus bar 221 connects the battery module 211 and the battery module 212
  • the bus bar 222 connects the battery module 212 and the battery module 213
  • the bus bar 223 connects the battery module 213 and the battery module 214 are connected.
  • the first end of the bus bar 221 is connected to the node BBP1 corresponding to the negative terminal of the battery module 211
  • the second end of the bus bar 221 is connected to the positive terminal of the battery module 212 . It may be connected to the node BBN1.
  • the first end of the bus bar 222 is connected to the node BBP2 corresponding to the negative terminal of the battery module 212
  • the second end of the bus bar 222 is connected to the positive terminal of the battery module 213 . It may be connected to the corresponding node BBN2.
  • the first end of the bus bar 223 is connected to the node BBP3 corresponding to the negative terminal of the battery module 213
  • the second end of the bus bar 223 is connected to the positive terminal of the battery module 214 . It may be connected to the corresponding node BBN3.
  • the positive terminal of each battery module may be connected to the positive electrode of a first battery cell among a plurality of battery cells connected in series included in the corresponding battery module, and the negative terminal of each battery module is included in the corresponding battery module It may be connected to the negative electrode of the last battery cell among the plurality of battery cells connected in series.
  • the bus bars 221 , 222 , and 223 may be formed of a material having electrical conductivity.
  • the bus bars 221 , 222 , and 223 may be formed in various shapes according to the structure of the battery pack 210 or the battery modules 211 , 212 , 213 and 214 .
  • the bus bar 221 is respectively fastened to one electrode terminal 211a of one battery module 211 and one electrode terminal 212a of the other battery module 212, so that the two batteries Modules 211 and 212 may be connected.
  • the electrode terminal 211a of the battery module 211 may be a negative terminal of the battery module 211
  • the electrode terminal 212a of the battery module 212 may be a positive terminal of the battery module 212 .
  • the current supplied from the battery device may be cut off when the fastening of the bus bar is broken due to a defect in the fastening state of the bus bar.
  • the positive terminal (PV(+)) of the battery pack 210 is connected to the positive main switch 241 through a wiring 231 , and the negative terminal (PV(-)) of the battery pack 210 is connected to the wiring 232 ) through the negative main switch 242 is connected.
  • the wiring 231 may be connected to the positive main switch 241 at the node W1
  • the wiring 232 may be connected to the negative main switch 242 at the node W2 .
  • the positive terminal PV(+) of the battery pack 210 is the first battery module 211 among the plurality of battery modules 211 , 212 , 213 , and 214 included in the battery pack 210 .
  • the negative terminal (PV(-)) of the battery pack 210 is the last battery module 214 of the plurality of battery modules (211, 212, 213, 214) included in the battery pack (210) may correspond to the negative pole of
  • the wires 231 and 232 may be provided as a wire harness.
  • a current I pack flows through the battery pack 210 . That is, a current I pack flows through the plurality of battery modules 211 , 212 , 213 , and 214 .
  • the voltage measuring circuit 250 measures the voltages of the bus bars 221 , 222 , and 223 . Also, the voltage measuring circuit 250 may measure the voltage between the first terminal and the second terminal of each bus bar as the voltage of the corresponding bus bar.
  • the voltage measuring circuit 250 measures the voltage between both ends of the bus bar 221 , that is, the voltage between the two nodes BBP1 and BBN1 , as the voltage of the bus bar 221 , and The voltage between both ends, that is, the voltage between the two nodes BBP2 and BBN2, is measured as the voltage of the bus bar 222 , and the voltage between both ends of the bus bar 223 , that is, between the two nodes BBP3 and BBN3 . may be measured as the voltage of the bus bar 223 .
  • voltage measurement circuit 250 may include a cell voltage sensing integrated circuit (IC).
  • IC cell voltage sensing integrated circuit
  • a plurality of cell voltage sensing ICs respectively corresponding to a plurality of battery modules may be provided.
  • one cell voltage sensing IC may correspond to at least two battery modules among a plurality of battery modules.
  • one of the plurality of battery modules may correspond to a two-cell voltage sensing IC.
  • one cell voltage sensing IC may correspond to some battery cells of the corresponding battery module, and the other cell voltage sensing IC may correspond to the remaining battery cells of the module of the corresponding battery.
  • the cell voltage sensing IC may include a plurality of pins respectively connected to a plurality of battery cells of the battery module and two pins respectively connected to both ends of the bus bar. In this case, the cell voltage sensing IC may measure the voltage of the bus bar through two pins respectively connected to both ends of the bus bar. In addition, the cell voltage sensing IC can measure the voltage of a battery cell through pins connected to the positive and negative poles of the battery cell.
  • the processor (eg, 150 of FIG. 1 ) may diagnose the connection state of the bus bars 221 , 222 , and 223 based on the voltage measured by the voltage measuring circuit 250 .
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a connection state in a battery device according to an exemplary embodiment.
  • the processor of the battery management system (eg, 150 in FIG. 1 ) includes a main positive switch (eg, 141 in FIG. 2 ) and a main negative switch (eg, FIG. 142 in FIG. 2 ). close the A current then flows through the battery pack (eg, 210 in FIG. 2 ). Accordingly, the processor 150 receives the current of the battery pack measured by the current sensor (S410).
  • the voltage measuring circuit 250 measures the voltage of the bus bars (eg, 221 , 222 , 223 of FIG. 2 ) connecting adjacent battery modules ( S420 ). In some embodiments, the voltage measuring circuit 250 may measure a voltage between both ends of the bus bars 221 , 222 , and 223 as a voltage of the bus bars 221 , 222 , and 223 .
  • the processor 150 receives the voltages of the bus bars 221 , 222 , and 223 from the voltage measuring circuit 250 ( S420 ).
  • the processor 150 calculates the resistance of each bus bar 221 , 222 , 223 based on the current of the battery pack 210 and the voltage of each bus bar 221 , 222 , 223 ( S430 ).
  • the voltage measuring circuit 250 performs each bus bar 221 as shown in Equation 1
  • a value obtained by dividing the voltage of , 222 and 223 by the current of the battery pack 210 may be determined as the resistance of each of the bus bars 221 , 222 , and 223 .
  • Equation 1 R busbar is the resistance of the bus bar, V busbar is the voltage of the bus bar, and I pack is the current of the battery pack.
  • the processor 150 diagnoses the connection state of the battery device based on the resistance of each bus bar and the resistance of the wiring (S440). In some embodiments, the processor 150 may determine whether the resistance of each bus bar is greater than a threshold value, and if there is a bus bar having a resistance greater than the threshold value, it may be diagnosed that an error has occurred in the connection state of the corresponding bus bar. . In some embodiments, when diagnosing that an error has occurred in the connection state of the bus bar, the processor 150 may transmit an error signal to an external device (eg, a vehicle). Accordingly, a user (eg, a driver) of the external device may check the error and take action accordingly.
  • an external device eg, a vehicle
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a connection state in a battery device according to another exemplary embodiment.
  • the processor (eg, 150 in FIG. 1 ) of the battery management system includes a main positive switch (eg, 141 in FIG. 2 ) and a main negative switch (eg, FIG. 142 in FIG. 2 ). close the A current then flows through the battery pack (eg, 210 in FIG. 2 ). Accordingly, the processor 150 receives the current of the battery pack measured by the current sensor (S510).
  • the voltage measuring circuit (eg, 250 in FIG. 2 ) measures the voltage of the bus bars (eg, 221 , 222 , 223 in FIG. 2 ) connecting adjacent battery modules.
  • the voltage measuring circuit 250 may measure a voltage between both ends of the bus bars 221 , 222 , and 223 as a voltage of the bus bars 221 , 222 , and 223 .
  • the processor 150 receives the voltages of the bus bars 221 , 222 , and 223 from the voltage measuring circuit 250 ( S520 ).
  • the voltage measuring circuit 250 measures the voltage of the battery pack 210 and the voltage of the battery module (eg, 211 , 212 , 213 , and 214 of FIG. 2 ) ( S520 ).
  • the voltage measurement circuit 250 is a node to which the wiring of the battery pack 210 (eg, 231 and 232 in FIG. 2 ) and the main switch (eg, 241 , 242 in FIG. 2 ) are connected.
  • the voltage of the battery pack 210 may be measured by measuring the voltage of .
  • the voltage measuring circuit 250 may measure the voltage between the positive terminal and the negative terminal of each battery module as the voltage of the corresponding battery module.
  • the voltage measuring circuit 250 may measure a voltage of a corresponding battery module as a sum of voltages of a plurality of battery cells included in each battery module.
  • the processor 150 receives the voltage of the battery pack 210 and the voltage of the battery module from the voltage measuring circuit 250 (S520).
  • the processor 150 calculates the resistance of each bus bar 221 , 222 , 223 based on the current of the battery pack 210 and the voltage of each bus bar 221 , 222 , 223 ( S530 ). In some embodiments, as described with reference to S430 of FIG. 4 , the processor 150 may calculate the resistance of each bus bar 221 , 222 , and 223 .
  • the processor 150 calculates the voltages of the wirings 231 and 232 based on the current of the battery pack 210 , the voltage of the battery pack 210 , and the voltages of the battery modules 211 , 212 , 213 and 214 . (S540).
  • the voltage measurement circuit 250 includes a node where the wire 231 is connected to the positive main switch 241 (eg, W1 in FIG. 2 ) and the wire 232 is connected to the negative main switch 242 .
  • the voltage of the battery pack 210 may be measured by measuring the voltage of each connected node (eg, W2 of FIG. 2 ). That is, the voltage measuring circuit 250 may measure the voltage between the two nodes W1 and W2 as the voltage of the battery pack 210 .
  • the voltage of the battery pack 210 is the voltage of the wiring 231 , 232 , the battery module 211 , 212 , 213 , Since the voltage of 214 and the voltage of the bus bars 221 , 222 and 223 are used, the processor 150 controls the battery modules 211 , 212 , 213 , and 214 from the voltage of the battery pack 210 as shown in Equation 2 A value obtained by subtracting the voltage from the voltages of the bus bars 221 , 222 , and 223 may be determined as the voltages of the two wires 231 and 232 .
  • V wire is the voltage of the two wires
  • V pack is the voltage of the battery pack
  • V module (i) is the voltage of the i-th battery module
  • N is the number of battery modules included in the battery pack
  • V busbar (i) is the voltage of the i-th busbar
  • M is the number of busbars included in the battery pack. In some embodiments, M may be (N-1).
  • the processor 150 calculates the resistance of the wires 231 and 232 based on the current of the battery pack 210 and the voltages of the wires 231 and 232 ( S550 ). In some embodiments, as shown in FIG. 2 , since the current of the battery pack 210 flows through the wirings 231 and 232 , the voltage measuring circuit 250 generates the voltage of the wirings 231 and 232 as shown in Equation 3 A value divided by the current of the battery pack 210 may be determined as the resistance of the two wires 231 and 232 .
  • Equation 3 R wire is the resistance of the two wires, V wire is the voltage of the two wires, and I pack is the current of the battery pack.
  • the processor 150 diagnoses the connection state of the battery device based on the resistance of each bus bar and the resistance of the wiring (S560). In some embodiments, the processor 150 may determine whether the resistance of each bus bar is greater than a threshold value, and if there is a bus bar having a resistance greater than the threshold value, it may be diagnosed that an error has occurred in the connection state of the corresponding bus bar. . In addition, the processor 150 may determine whether the resistance of the wiring is greater than a threshold value, and when the resistance of the wiring is greater than the threshold value, the processor 150 may diagnose that an error has occurred in the connection state of the wiring.
  • the processor 150 may transmit an error signal to an external device (eg, a vehicle). Accordingly, a user (eg, a driver) of the external device may check the error and take action accordingly.
  • an external device eg, a vehicle
  • connection state of the bus bar not only the connection state of the bus bar but also the connection state of the wiring connecting the battery pack to the main switch can be diagnosed, so that the connection state of the battery device can be accurately diagnosed.

Abstract

배터리 장치에서, 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈 중 두 배터리 모듈을 연결하는 버스바를 포함한다. 배선이 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 스위치와 배터리 팩을 연결한다. 전압 측정 회로는 버스바의 전압, 배터리 팩의 전압 및 복수의 배터리 모듈의 전압을 측정하고, 프로세서는 배터리 팩의 전류, 버스바의 전압, 배터리 팩의 전압 및 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 버스바의 연결 상태 및 배선의 연결 상태를 진단한다.

Description

배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법
관련 출원과의 상호 인용
본 출원은 2020년 10월 12일자 대한민국 특허출원 제10-2020-0131092에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
아래 기재된 기술은 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법에 관한 것이다.
전기 자동차 또는 하이브리드 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 차량으로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 차량 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다.
최근 높은 출력과 큰 충전 용량을 가지는 배터리가 요구됨에 따라 복수의 배터리 모듈이 직렬로 연결되어 있는 배터리 팩이 사용되고 있다. 배터리 팩에서 인접한 두 배터리 모듈은 버스바(bus-bar)를 통해 서로 연결된다. 또한 배터리 팩의 출력 단자는 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 스위치에 배선을 통해 연결된다.
따라서, 버스바의 연결에 문제가 발생하거나 배터리 팩과 외부 장치를 연결하기 위한 배선에 문제가 발생하는 경우, 배터리 팩을 통해 전력을 공급할 수 없다.
어떤 실시예는 배터리 장치의 연결 상태와 관련된 문제를 진단할 수 있는 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법을 제공할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 배터리 팩, 스위치, 배선, 전압 측정 회로 및 프로세서를 포함하는 배터리 장치가 제공될 수 있다. 상기 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈 중 두 배터리 모듈을 연결하는 버스바를 포함할 수 있다. 상기 스위치는 상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하고, 상기 배선은 상기 배터리 팩과 상기 스위치를 연결할 수 있다. 상기 전압 측정 회로는 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압을 측정할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전류, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태 및 상기 배선의 연결 상태를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 버스바의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 버스바의 저항을 계산하고, 상기 버스바의 저항에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 버스바의 저항이 임계값보다 큰 경우 상기 버스바의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 버스바가 상기 두 배터리 모듈 중 하나의 배터리 모듈과 연결되는 노드 및 상기 버스바가 상기 두 배터리 모듈 중 다른 배터리 모듈과 연결되는 노드 사이의 전압에 기초해서 상기 버스바의 전압을 측정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정하고, 상기 배선의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 배선의 저항을 계산하고, 상기 배선의 저항에 기초해서 상기 배선의 연결 상태를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 배선의 저항이 임계값보다 큰 경우 상기 배선의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 스위치는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 배선은 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 제1 스위치를 연결하는 제1 배선 및 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 제2 스위치를 연결하는 제2 배선을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 배선의 전압은 상기 제1 배선의 전압과 상기 제2 배선의 전압을 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 전압 측정 회로는 상기 제1 배선과 상기 제1 스위치가 연결되는 제1 노드와 상기 제2 배선과 상기 제2 스위치가 연결되는 제2 노드 사이의 전압으로 상기 배터리 팩의 전압을 측정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전압에서 상기 복수의 배터리 모듈의 전압의 합과 상기 버스바의 전압을 뺀 값에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 버스바는 복수의 버스바를 포함하고, 각 버스바는 상기 복수의 배터리 모듈 중 대응하는 두 배터리 모듈을 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전압에서 상기 복수의 배터리 모듈의 전압의 합과 상기 복수의 버스바의 전압의 합을 뺀 값에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 장치의 연결 상태 진단 방법이 제공될 수 있다. 상기 연결 상태 진단 방법은 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계, 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 단계, 각 배터리 모듈의 전압을 측정하는 단계, 상기 복수의 배터리 모듈 중 두 배터리 모듈을 연결하는 버스바의 전압을 측정하는 단계, 그리고 상기 배터리 팩의 전류, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서, 상기 버스바의 연결 상태 및 상기 배터리 팩에 연결된 배선의 연결 상태를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 연결 상태를 진단하는 단계는, 상기 버스바의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 버스바의 저항을 계산하는 단계, 그리고 상기 버스바의 저항에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 연결 상태를 진단하는 단계는, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정하는 단계, 상기 배선의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 배선의 저항을 계산하는 단계, 그리고 상기 배선의 저항에 기초해서 상기 배선의 연결 상태를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배선은 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 제1 스위치를 연결하는 제1 배선 및 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 제2 스위치를 연결하는 제2 배선을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 단계는, 상기 제1 배선과 상기 제1 스위치가 연결되는 제1 노드와 상기 제2 배선과 상기 제2 스위치가 연결되는 제2 노드 사이의 전압으로 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈 중 두 배터리 모듈을 연결하는 버스바를 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 스위치 및 상기 배터리 팩과 상기 스위치를 연결하는 배선을 포함하는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템이 제공될 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 회로, 그리고 상기 배터리 팩의 전류, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태 및 상기 배선의 연결 상태를 진단하는 프로세서를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 배터리 장치에서 버스바 및 배선의 연결 상태를 진단할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 한 실시예에 따른 배터리 장치의 전압 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 버스바의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 연결 상태 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서 연결 상태 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치(100)는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치(100)는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치(10)에 연결될 수 있다. 외부 장치가 부하인 경우, 배터리 장치(100)는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전된다. 부하로 동작하는 외부 장치는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility) 등의 차량일 수 있다.
배터리 장치(100)는 배터리 팩(110), 메인 양극 스위치(121), 메인 음극 스위치(122), 전압 측정 회로(130), 전류 센서(140) 및 프로세서(150)를 포함한다.
배터리 팩(110)은 양극 단자(PV(+))와 음극 단자(PV(-))를 가진다. 배터리 팩은 양극 단자(PV(+))와 음극 단자(PV(-)) 사이에 직렬로 연결되어 있는 복수의 배터리 모듈(도시하지 않음)을 포함하며, 각 배터리 모듈은 직렬로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함하며, 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 이와 같이, 배터리 팩(110)에서 복수의 배터리 모듈이 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.
메인 양극 스위치(121)는 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있다. 메인 음극 스위치(122)는 배터리 팩(110)의 음극 단자(PV(-))와 배터리 장치(100)의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 스위치(121, 122)는 프로세서(150)에 의해 제어되어서 배터리 팩(110)과 외부 장치 사이의 전기적 연결을 제어할 수 있다. 즉, 스위치(121, 122)는 배터리 팩(110)의 전류 공급을 제어할 수 있다. 한 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 릴레이로 형성되는 컨택터(contactor)일 수 있다. 다른 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 트랜지스터 등의 전기적 스위치일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치(100)는 스위치(121, 122)를 각각 제어하는 구동 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
전압 측정 회로(130)는 배터리 장치(100)에서 소정 지점의 전압을 측정한다. 전류 센서(140)는 배터리 팩(110)의 전류를 측정한다. 어떤 실시예에서, 전류 센서(140)는 배터리 팩(110)의 방전 전류(예를 들면, 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))에서 양극 연결 단자(DC(+))로 흐르는 전류) 또는 배터리 팩(110)의 충전 전류(예를 들면, 양극 연결 단자(DC(+))에서 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))로 흐르는 전류)를 측정한다. 도 1에서는 전류 센서(140)가 배터리 팩의 양극 단자 (PV(+))와 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되는 것으로 도시하였지만, 전류 센서(140)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전류 센서(140)는 배터리 팩의 음극 단자 (PV(-))와 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 전류 센서(140)는 배터리 팩(110)에 포함될 수도 있다.
프로세서(150)는 전압 측정 회로(130)에서 측정한 전압 및 전류 센서(140)에서 측정한 전류에 기초해서 배터리 장치(100)의 연결 상태를 진단한다. 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 스위치(121, 122)의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(150)는 예를 들면 마이크로 제어 장치(micro controller unit, MCU)일 수 있다.
프로세서(150)는 배터리 관리 시스템을 형성할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 전압 측정 회로(130) 또는 전류 센서(140)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 한 실시예에 따른 배터리 장치의 전압 측정을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 버스바의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 배터리 팩(210)에서 복수의 배터리 모듈(211, 212, 213, 214)이 직렬로 연결되어 있다. 도 2에서는 설명의 편의상 네 개의 배터리 모듈(211, 212, 213, 214)을 도시하였지만, 배터리 모듈의 개수는 이에 한정되지 않는다.
인접한 두 배터리 모듈은 버스바(bus-bar)를 통해 연결되어 있다. 버스바(221)는 배터리 모듈(211)과 배터리 모듈(212)을 연결하고, 버스바(222)는 배터리 모듈(212)과 배터리 모듈(213)을 연결하고, 버스바(223)는 배터리 모듈(213)과 배터리 모듈(214)을 연결한다. 버스바(221)의 제1 단은 배터리 모듈(211)의 음극 단자에 해당하는 노드(BBP1)에 연결되고, 버스바(221)의 제2 단은 배터리 모듈(212)의 양극 단자에 해당하는 노드(BBN1)에 연결될 수 있다. 또한, 버스바(222)의 제1 단은 배터리 모듈(212)의 음극 단자에 해당하는 노드(BBP2)에 연결되고, 버스바(222)의 제2 단은 배터리 모듈(213)의 양극 단자에 해당하는 노드(BBN2)에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 버스바(223)의 제1 단은 배터리 모듈(213)의 음극 단자에 해당하는 노드(BBP3)에 연결되고, 버스바(223)의 제2 단은 배터리 모듈(214)의 양극 단자에 해당하는 노드(BBN3)에 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 각 배터리 모듈의 양극 단자는 해당 배터리 모듈에 포함되어 있는 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀 중 첫 번째 배터리 셀의 양극에 연결될 수 있으며, 각 배터리 모듈의 음극 단자는 해당 배터리 모듈에 포함되어 있는 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀 중 마지막 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다.
어떤 실시예에서, 버스바(221, 222, 223)는 전기 전도성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 버스바(221, 222, 223)는 배터리 팩(210)이나 배터리 모듈(211, 212, 213, 214)의 구조에 따라 다양한 형태로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시한 것처럼, 버스바(221)는 한 배터리 모듈(211)의 한 전극 단자(211a)와 다른 배터리 모듈(212)의 한 전극 단자(212a)에 각각 체결되어서 두 배터리 모듈(211, 212)을 연결할 수 있다. 배터리 모듈(211)의 전극 단자(211a)는 배터리 모듈(211)의 음극 단자이고, 배터리 모듈(212)의 전극 단자(212a)는 배터리 모듈(212)의 양극 단자일 수 있다. 이와 같이, 버스바(221)는 두 배터리 모듈을 체결하는 용도를 사용되므로, 버스바의 체결 상태에 불량이 발생해서 체결이 끊어지는 경우 배터리 장치에서 공급되는 전류가 차단될 수 있다.
배터리 팩(210)의 양극 단자(PV(+))는 배선(231)을 통해 양극 메인 스위치(241)에 연결되어 있으며, 배터리 팩(210)의 음극 단자(PV(-))는 배선(232)을 통해 음극 메인 스위치(242)에 연결되어 있다. 이 경우, 배선(231)이 노드(W1)에서 양극 메인 스위치(241)와 연결되고, 배선(232)이 노드(W2)에서 음극 메인 스위치(242)와 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(210)의 양극 단자(PV(+))는 배터리 팩(210)에 포함되어 있는 복수의 배터리 모듈(211, 212, 213, 214) 중 첫 번째 배터리 모듈(211)의 양극에 해당하고, 배터리 팩(210)의 음극 단자(PV(-))는 배터리 팩(210)에 포함되어 있는 복수의 배터리 모듈(211, 212, 213, 214) 중 마지막 배터리 모듈(214)의 음극에 해당할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배선(231, 232)은 배선 하네스(wire harness)로 제공될 수 있다.
양극 메인 스위치(241)와 음극 메인 스위치(242)가 닫히면, 배터리 팩(210)을 통해 전류(Ipack)가 흐른다. 즉, 복수의 배터리 모듈(211, 212, 213, 214)을 통해 전류(Ipack)가 흐른다. 이 경우, 전압 측정 회로(250)는 버스바(221, 222, 223)의 전압을 측정한다. 또한, 전압 측정 회로(250)는 각 버스바의 제1 단과 제2 단 사이의 전압을 해당 버스바의 전압으로 측정할 수 있다. 즉, 전압 측정 회로(250)는 버스바(221)의 양단 사이의 전압, 즉, 두 노드(BBP1, BBN1) 사이의 전압을 버스바(221)의 전압으로 측정하고, 버스바(222)의 양단 사이의 전압, 즉, 두 노드(BBP2, BBN2) 사이의 전압을 버스바(222)의 전압으로 측정하고, 버스바(223)의 양단 사이의 전압, 즉, 두 노드(BBP3, BBN3) 사이의 전압을 버스바(223)의 전압으로 측정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(250)는 셀 전압 센싱 집적 회로(integrated circuit, IC)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 복수의 배터리 모듈에 각각 대응하는 복수의 셀 전압 센싱 IC가 제공될 수 있다. 어떤 실시예에서, 하나의 셀 전압 센싱 IC가 복수의 배터리 모듈 중 적어도 두 개의 배터리 모듈에 대응할 수 있다. 어떤 실시예에서, 복수의 배터리 모듈 중 어떤 배터리 모듈은 두 개의 셀 전압 센싱 IC에 대응할 수 있다. 이 경우, 하나의 셀 전압 센싱 IC는 해당 배터리 모듈의 일부 배터리 셀에 대응하고, 다른 셀 전압 센싱 IC는 해당 배터리의 모듈의 나머지 배터리 셀에 대응할 수 있다.
어떤 실시예에서, 셀 전압 센싱 IC는 배터리 모듈의 복수의 배터리 셀에 각각 연결되는 복수의 핀과 버스바의 양단에 각각 연결되는 두 핀을 포함할 수 있다. 이 경우, 셀 전압 센싱 IC는 버스바의 양단에 각각 연결되는 두 핀을 통해 버스바의 전압을 측정할 수 있다. 또한 셀 전압 센싱 IC는 배터리 셀의 양극과 음극에 연결되는 핀을 통해 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다.
프로세서(예를 들면, 도 1의 150)는 전압 측정 회로(250)에서 측정한 전압에 기초해서 버스바(221, 222, 223)의 연결 상태를 진단할 수 있다.
다음 다양한 실시예에 따른 배터리 장치에서 연결 상태를 진단하는 방법에 대해서 도 4 및 도 5를 참고로 하여 설명한다.
도 4는 한 실시예에 따른 배터리 장치에서 연결 상태 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 배터리 관리 시스템의 프로세서(예를 들면, 도 1의 150)는 메인 양극 스위치(예를 들면, 도 2의 141)와 메인 음극 스위치(예를 들면, 도 2의 도 142)를 닫는다. 그러면 배터리 팩(예를 들면, 도 2의 210)을 통해 전류가 흐른다. 이에 따라, 프로세서(150)는 전류 센서가 측정한 배터리 팩의 전류를 수신한다(S410).
또한, 전압 측정 회로(250)는 인접하는 배터리 모듈을 연결하는 버스바(예를 들면, 도 2의 221, 222, 223)의 전압을 측정한다(S420). 어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(250)는 버스바(221, 222, 223)의 양단 사이의 전압을 버스바(221, 222, 223)의 전압으로 측정할 수 있다. 프로세서(150)는 전압 측정 회로(250)로부터 버스바(221, 222, 223)의 전압을 수신한다(S420).
다음, 프로세서(150)는 배터리 팩(210)의 전류와 각 버스바(221, 222, 223)의 전압에 기초해서 각 버스바(221, 222, 223)의 저항을 계산한다(S430). 어떤 실시예에서, 도 2에 도시한 것처럼 배터리 팩(210)의 전류가 버스바(221, 222, 223)를 통해 흐르므로, 전압 측정 회로(250)는 수학식 1과 같이 각 버스바(221, 222, 223)의 전압을 배터리 팩(210)의 전류로 나눈 값을 각 버스바(221, 222, 223)의 저항으로 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2021012928-appb-img-000001
수학식 1에서, Rbusbar는 버스바의 저항이고, Vbusbar는 버스바의 전압이며, Ipack은 배터리 팩의 전류이다.
프로세서(150)는 각 버스바의 저항과 배선의 저항에 기초해서 배터리 장치의 연결 상태를 진단한다(S440). 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 각 버스바의 저항이 임계값보다 큰지를 판단하고, 저항이 임계값보다 큰 버스바가 존재하는 경우 해당 버스바의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 버스바의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단한 경우, 외부 장치(예를 들면, 차량)로 오류 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 외부 장치의 사용자(예를 들면, 운전자)가 오류를 확인하고, 이에 따른 조치를 취할 수 있다.
한편, 도 2에 도시한 것처럼, 배터리 팩(210)에서는 버스바의 연결뿐만 아니라, 배터리 팩(210)과 메인 스위치(241, 242)를 연결하는 배선(231, 232)의 연결 상태에서도 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 버스바의 연결 상태를 진단하는 것만으로는 배터리 장치의 연결 상태를 정확하게 진단할 수 없을 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서 연결 상태 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 배터리 관리 시스템의 프로세서(예를 들면, 도 1의 150)는 메인 양극 스위치(예를 들면, 도 2의 141)와 메인 음극 스위치(예를 들면, 도 2의 도 142)를 닫는다. 그러면 배터리 팩(예를 들면, 도 2의 210)을 통해 전류가 흐른다. 이에 따라, 프로세서(150)는 전류 센서가 측정한 배터리 팩의 전류를 수신한다(S510).
또한, 전압 측정 회로(예를 들면, 도 2의 250)는 인접하는 배터리 모듈을 연결하는 버스바(예를 들면, 도 2의 221, 222, 223)의 전압을 측정한다. 어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(250)는 버스바(221, 222, 223)의 양단 사이의 전압을 버스바(221, 222, 223)의 전압으로 측정할 수 있다. 프로세서(150)는 전압 측정 회로(250)로부터 버스바(221, 222, 223)의 전압을 수신한다(S520).
또한, 전압 측정 회로(250)는 배터리 팩(210)의 전압과 배터리 모듈(예를 들면, 도 2의 211, 212, 213, 214)의 전압을 측정한다(S520). 어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(250)는 배터리 팩(210)의 배선(예를 들면, 도 2의 231, 232)과 메인 스위치(예를 들면, 도 2의 241, 242)가 연결되는 노드의 전압을 측정하여서 배터리 팩(210)의 전압을 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(250)는 각 배터리 모듈의 양극 단자와 음극 단자 사이의 전압을 해당 배터리 모듈의 전압으로 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(250)는 각 배터리 모듈에 포함되는 복수의 배터리 셀의 전압의 합으로 해당 배터리 모듈의 전압을 측정할 수 있다. 프로세서(150)는 전압 측정 회로(250)로부터 배터리 팩(210)의 전압 및 배터리 모듈의 전압을 수신한다(S520).
프로세서(150)는 배터리 팩(210)의 전류와 각 버스바(221, 222, 223)의 전압에 기초해서 각 버스바(221, 222, 223)의 저항을 계산한다(S530). 어떤 실시예에서, 도 4의 S430을 참고로 설명한 것처럼, 프로세서(150)는 각 버스바(221, 222, 223)의 저항을 계산할 수 있다.
또한, 프로세서(150)는 배터리 팩(210)의 전류, 배터리 팩(210)의 전압 및 배터리 모듈(211, 212, 213, 214)의 전압에 기초해서 배선(231, 232)의 전압을 계산한다(S540). 어떤 실시예에서, 전압 측정 회로(250)는 배선(231)이 양극 메인 스위치(241)에 연결되는 노드(예를 들면, 도 2의 W1)와 배선(232)이 음극 메인 스위치(242)에 연결되는 노드(예를 들면, 도 2의 W2)의 전압을 각각 측정하여서 배터리 팩(210)의 전압을 측정할 수 있다. 즉, 전압 측정 회로(250)는 두 노드(W1, W2) 사이의 전압을 배터리 팩(210)의 전압으로 측정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 도 2에 도시한 것처럼, 배터리 팩(210)의 전압, 즉 두 노드(W1, W2) 사이의 전압은 배선(231, 232)의 전압, 배터리 모듈(211, 212, 213, 214)의 전압 및 버스바(221, 222, 223)의 전압으로 이루어지므로, 프로세서(150)는 수학식 2와 같이 배터리 팩(210)의 전압에서 배터리 모듈(211, 212, 213, 214)의 전압과 버스바(221, 222, 223)의 전압을 뺀 값을 두 배선(231, 232)의 전압으로 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2021012928-appb-img-000002
수학식 2에서, Vwire는 두 배선의 전압이고, Vpack은 배터리 팩의 전압이며, Vmodule(i)는 i번째 배터리 모듈의 전압이고, N은 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈의 개수이며, Vbusbar(i)는 i번째 버스바의 전압이고, M은 배터리 팩에 포함된 버스바의 개수이다. 어떤 실시예에서, M은 (N-1)일 수 있다.
또한, 프로세서(150)는 배터리 팩(210)의 전류와 배선(231, 232)의 전압에 기초해서 배선(231, 232)의 저항을 계산한다(S550). 어떤 실시예에서, 도 2에 도시한 것처럼 배터리 팩(210)의 전류가 배선(231, 232)을 통해 흐르므로, 전압 측정 회로(250)는 수학식 3과 같이 배선(231, 232)의 전압을 배터리 팩(210)의 전류로 나눈 값을 두 배선(231, 232)의 저항으로 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2021012928-appb-img-000003
수학식 3에서, Rwire는 두 배선의 저항이고, Vwire는 두 배선의 전압이며, Ipack은 배터리 팩의 전류이다.
프로세서(150)는 각 버스바의 저항과 배선의 저항에 기초해서 배터리 장치의 연결 상태를 진단한다(S560). 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 각 버스바의 저항이 임계값보다 큰지를 판단하고, 저항이 임계값보다 큰 버스바가 존재하는 경우 해당 버스바의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단할 수 있다. 또한 프로세서(150)는 배선의 저항이 임계값보다 큰지를 판단하고, 배선의 저항이 임계값보다 크면 배선의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 프로세서(150)는 버스바 또는 배선의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단한 경우, 외부 장치(예를 들면, 차량)로 오류 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 외부 장치의 사용자(예를 들면, 운전자)가 오류를 확인하고, 이에 따른 조치를 취할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 버스바의 연결 상태뿐만 아니라 배터리 팩을 메인 스위치에 연결하는 배선의 연결 상태도 진단할 수 있으므로, 배터리 장치의 연결 상태를 정확하게 진단할 수 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 (15)

  1. 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈 중 두 배터리 모듈을 연결하는 버스바를 포함하는 배터리 팩,
    상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 스위치,
    상기 배터리 팩과 상기 스위치를 연결하는 배선,
    상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 회로, 그리고
    상기 배터리 팩의 전류, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태 및 상기 배선의 연결 상태를 진단하는 프로세서
    를 포함하는 배터리 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 프로세서는 상기 버스바의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 버스바의 저항을 계산하고, 상기 버스바의 저항에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태를 진단하는, 배터리 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 프로세서는 상기 버스바의 저항이 임계값보다 큰 경우 상기 버스바의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단하는, 배터리 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 프로세서는 상기 버스바가 상기 두 배터리 모듈 중 하나의 배터리 모듈과 연결되는 노드 및 상기 버스바가 상기 두 배터리 모듈 중 다른 배터리 모듈과 연결되는 노드 사이의 전압에 기초해서 상기 버스바의 전압을 측정하는, 배터리 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 프로세서는
    상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정하고,
    상기 배선의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 배선의 저항을 계산하고,
    상기 배선의 저항에 기초해서 상기 배선의 연결 상태를 진단하는
    배터리 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 프로세서는 상기 배선의 저항이 임계값보다 큰 경우 상기 배선의 연결 상태에 오류가 발생한 것으로 진단하는, 배터리 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 스위치는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며,
    상기 배선은 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 제1 스위치를 연결하는 제1 배선 및 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 제2 스위치를 연결하는 제2 배선을 포함하고,
    상기 배선의 전압은 상기 제1 배선의 전압과 상기 제2 배선의 전압을 포함하는
    배터리 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 전압 측정 회로는 상기 제1 배선과 상기 제1 스위치가 연결되는 제1 노드와 상기 제2 배선과 상기 제2 스위치가 연결되는 제2 노드 사이의 전압으로 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는, 배터리 장치.
  9. 제5항에서,
    상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전압에서 상기 복수의 배터리 모듈의 전압의 합과 상기 버스바의 전압을 뺀 값에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정하는, 배터리 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 버스바는 복수의 버스바를 포함하고,
    각 버스바는 상기 복수의 배터리 모듈 중 대응하는 두 배터리 모듈을 연결하며,
    상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전압에서 상기 복수의 배터리 모듈의 전압의 합과 상기 복수의 버스바의 전압의 합을 뺀 값에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정하는
    배터리 장치.
  11. 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 장치의 연결 상태 진단 방법으로서,
    상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 단계,
    상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 단계,
    각 배터리 모듈의 전압을 측정하는 단계,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 두 배터리 모듈을 연결하는 버스바의 전압을 측정하는 단계, 그리고
    상기 배터리 팩의 전류, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서, 상기 버스바의 연결 상태 및 상기 배터리 팩에 연결된 배선의 연결 상태를 진단하는 단계
    를 포함하는 연결 상태 진단 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 연결 상태를 진단하는 단계는,
    상기 버스바의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 버스바의 저항을 계산하는 단계, 그리고
    상기 버스바의 저항에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태를 진단하는 단계
    를 포함하는 연결 상태 진단 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 연결 상태를 진단하는 단계는,
    상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 배선의 전압을 결정하는 단계,
    상기 배선의 전압과 상기 배터리 팩의 전류에 기초해서 상기 배선의 저항을 계산하는 단계, 그리고
    상기 배선의 저항에 기초해서 상기 배선의 연결 상태를 진단하는 단계
    를 포함하는 연결 상태 진단 방법.
  14. 제11항에서,
    상기 배선은 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 제1 스위치를 연결하는 제1 배선 및 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 제2 스위치를 연결하는 제2 배선을 포함하며,
    상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 단계는, 상기 제1 배선과 상기 제1 스위치가 연결되는 제1 노드와 상기 제2 배선과 상기 제2 스위치가 연결되는 제2 노드 사이의 전압으로 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 단계를 포함하는
    연결 상태 진단 방법.
  15. 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈 중 두 배터리 모듈을 연결하는 버스바를 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 전류 공급을 제어하는 스위치 및 상기 배터리 팩과 상기 스위치를 연결하는 배선을 포함하는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템으로서,
    상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 회로, 그리고
    상기 배터리 팩의 전류, 상기 버스바의 전압, 상기 배터리 팩의 전압 및 상기 복수의 배터리 모듈의 전압에 기초해서 상기 버스바의 연결 상태 및 상기 배선의 연결 상태를 진단하는 프로세서
    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
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