WO2023132502A1 - 외부 단락 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 - Google Patents

외부 단락 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 Download PDF

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WO2023132502A1
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battery
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battery pack
external short
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김진환
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for diagnosing an external short circuit and a battery system to which the same is applied.
  • a method for diagnosing an external short circuit of a high voltage battery pack uses a current flowing in a pre-charging path during pre-charging of the high voltage battery pack.
  • a battery management system of a high voltage battery measures a current flowing in a link wire between a high voltage battery pack and an external device during precharging of the high voltage battery.
  • the battery management system protects high-voltage batteries from external short circuits by cutting off the connection between the battery pack and external devices when the measured current exceeds a threshold.
  • An external short circuit diagnosis method capable of diagnosing an external short circuit without damaging elements constituting the battery system and a battery system using the same are provided.
  • a battery system includes a battery pack including a plurality of battery cells, a first main relay including one end connected to a positive electrode of the battery pack, and one end connected to a negative electrode of the battery pack. closes a second main relay, a first link wire connected to the other end of the first main relay, a second link wire connected to the other end of the second main relay, and the first main relay, and the battery pack and a battery management system that measures a positive voltage of the battery pack and a negative link voltage of the second link wire, and determines an external short circuit when the voltage difference between the positive voltage of the battery pack and the negative link voltage is less than a predetermined reference voltage.
  • the battery management system may determine an external short circuit when a voltage obtained by subtracting the negative link voltage from the positive voltage of the battery pack is less than the reference voltage.
  • the battery management system may generate the reference voltage by multiplying the positive electrode voltage of the battery pack by a predetermined ratio.
  • the battery management system may close the first main relay and open the second main relay during a predetermined diagnosis period for determining an external short circuit.
  • the battery system further includes a precharge relay connected in parallel to the first main relay, and the battery management system closes the first main relay during a predetermined diagnosis period for determining an external short circuit;
  • the precharge relay may be opened.
  • a battery system includes a first main relay including one end connected to a positive electrode of a battery pack including a plurality of battery cells, a second main relay including one end connected to a negative electrode of the battery pack, and a battery management system.
  • the method for diagnosing an external short circuit of a battery system performed by the battery management system includes the step of closing the first main relay during a diagnosis period, the positive voltage of the battery pack and the second link wiring. measuring the negative link voltage of the battery pack, comparing the voltage difference between the positive link voltage of the battery pack and the negative link voltage with a predetermined reference voltage, and determining an external short circuit when the voltage difference is smaller than the reference voltage.
  • Comparing the voltage difference with a predetermined reference voltage may include comparing whether a voltage obtained by subtracting the negative link voltage from the positive voltage of the battery pack is less than the reference voltage.
  • the method for diagnosing an external short circuit of the battery system may further include generating the reference voltage by multiplying a positive electrode voltage of the battery pack by a predetermined ratio.
  • the method of diagnosing an external short circuit of the battery system may further include opening the second main relay during the diagnosis period.
  • the method of diagnosing an external short circuit of the battery system may further include opening a precharge relay connected in parallel to the first main relay during the diagnosis period.
  • the present invention provides a method for diagnosing an external short circuit capable of diagnosing an external short circuit without damaging elements constituting the battery system and a battery system to which the same is applied.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram when an external short circuit occurs in a battery system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for diagnosing an external short circuit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery system according to an exemplary embodiment.
  • the battery system 1 includes a battery pack 10, a battery management system (BMS) 20, a first main relay 31, a second main relay 32, and a precharge relay 33. ), a precharge resistor 34, a current sensor 50, and a link capacitor 60.
  • BMS battery management system
  • the battery system 1 includes a battery pack 10, a battery management system (BMS) 20, a first main relay 31, a second main relay 32, and a precharge relay 33. ), a precharge resistor 34, a current sensor 50, and a link capacitor 60.
  • the external power device 2 may be a load receiving power from the battery system 1 or a charger for charging the battery system 1 .
  • the external power device 2 may include at least one of an inverter, a DC-DC converter, a motor, an electronic control circuit, an on board charger (OBC), and a fast charger of a vehicle including the battery system 1. there is.
  • OBC on board charger
  • the battery pack 10 includes a plurality of battery cells 10_1-10_n connected in series. n may be a natural number of 2 or greater. Although one battery pack 10 is shown in FIG. 1 , the battery system 1 may include a plurality of battery packs connected in series, parallel, or series-parallel.
  • the current sensor 50 may sense current (hereinafter referred to as battery pack current) flowing through the battery pack 10 and transmit a signal indicating the sensed current to the BMS 20 .
  • Link capacitor 60 is connected between the two output terminals (P+, P-) of the battery system (1).
  • the BMS 20 may manage the operation of the battery pack 10 .
  • the BMS 20 is connected to the plurality of battery cells 10_1 to 10_n, measures cell voltages of the plurality of battery cells 10_1 to 10_n, and measures battery pack current and temperature of the battery pack 10. Receives the information of the plurality of battery cells (10_1-10_n), controls the charging and discharging of the battery pack 10 based on the plurality of cell voltages, battery pack current, temperature, etc. of the plurality of battery cells (10_1-10_n), the plurality of battery cells (10_1-10_n) It is possible to control the cell balancing operation for
  • the first main relay 31 , the second main relay 32 , and the precharge relay 33 form a current path through which the charging current or the discharging current of the battery pack 10 flows.
  • the precharge relay 33 is connected in parallel with the first main relay 31 together with the precharge resistor 34.
  • One end of the first main relay 31 is connected to the link wire 41, and the other end of the first main relay 31 is connected to the link wire 43.
  • One end of the second main relay 32 is connected to the link wire 42, and the other end of the second main relay 32 is connected to the link wire 44.
  • One end of the precharge relay 33 is connected to the link wire 43, the other end of the precharge relay 33 is connected to one end of the precharge resistor 34, and the other end of the precharge resistor 34 is It is connected to the link wire 41.
  • the link wire 41 extends between the positive electrode of the battery pack 10 and one end of the first main relay 31, and the link wire 42 connects the negative electrode of the battery pack 10 and the second main relay 32.
  • the link wire 43 extends between the other end of the first main relay 31 and the first input terminal IN1 of the external power device 2
  • the link wire 44 is 2 It extends between the other end of the main relay 32 and the second input terminal IN2 of the external power device 2.
  • the BMS 20 generates relay control signals RCS1-RCS3 that control the opening and closing of the first and second main relays 31 and 32 and the precharge relay 33 to generate the first and second main relays. (31, 32), and the precharge relay 33.
  • the first main relay 31 is closed by the on level of the relay control signal RCS1 and opened by the off level of the relay control signal RCS1.
  • the second main relay 32 is closed by the on level of the relay control signal RCS2 and opened by the off level of the relay control signal RCS2.
  • the precharge relay 33 is closed by the on level of the relay control signal RCS3 and opened by the off level of the relay control signal RCS3.
  • the BMS 20 controls the second main relay 32 and the precharge relay 33 to close, and for a predetermined first period After the lapse, the first main relay 31 can be controlled to be closed.
  • the BMS 20 may control the precharge relay 33 to open after a predetermined second period elapses from the point in time when the first main relay 31 is closed.
  • the BMS 20 generates the on-level relay control signals RCS2 and RCS3 to control the above operation, then generates the on-level relay control signal RCS1 after the first period has elapsed, and the second period has elapsed. After that, an off-level relay control signal RCS3 may be generated.
  • the BMS 20 may close only the first main relay 31 for a predetermined diagnosis period before charging and discharging in order to diagnose an external short circuit of the battery system 1 .
  • the relay control signal RCS1 may be at an on level, and the relay control signals RCS2 and RCS3 may be at an off level.
  • the BMS 20 measures the voltage of the link wire 44, and measures the measured voltage of the link wire 44 (hereinafter referred to as negative link wire voltage) (VL-) and the positive voltage of the battery pack 10. If the voltage difference between (VP+) is less than or equal to a predetermined reference voltage, it can be determined that an external short circuit has occurred.
  • VL- negative link wire voltage
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a battery system during a diagnosis period for an external short circuit according to an exemplary embodiment.
  • an electrical connection indicated by a dotted line between the link wires 43 and 44 may be formed by an external short circuit.
  • the first main relay 31 is in a closed state.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an external shorting method according to an exemplary embodiment.
  • the BMS (20) closes the first main relay (31) (S1). That is, the BMS 20 generates the on-level relay control signal RCS1 and supplies it to the first main relay 31 .
  • the BMS (20) opens the second main relay (32) and the precharge relay (33) during the diagnosis period to perform an external short circuit.
  • the BMS 20 measures the positive voltage VP+ and the negative link voltage VL- of the battery pack 10 (S2).
  • the BMS 20 measures the positive voltage of the battery cell 10_1 as the battery pack 10 It can be measured as a positive voltage (VP+) of , and the voltage of the link wire 44 can be measured as a negative link voltage (VL-).
  • the BMS 20 calculates a voltage difference VD between the positive voltage VP+ and the negative link voltage VL- of the battery pack 10 (S3). For example, the BMS 20 may calculate the voltage difference by subtracting the negative link voltage VL- from the positive voltage VP+.
  • the BMS 20 compares the voltage difference (VD) and the reference voltage (VR) (S4). For example, the BMS 20 may compare whether the voltage difference (VD) is smaller than the reference voltage (VR), and the BMS 20 may compare the measured anode voltage (VP+) of the battery pack 10 with a predetermined ratio (eg For example, 50%) may be multiplied to generate the reference voltage VR.
  • a predetermined ratio eg For example, 50%
  • the ratio of 50% is an example, but the present invention is not limited thereto.
  • step S5 if the voltage difference (VD) is smaller than the reference voltage (VR), the BMS 20 determines that an external short circuit has occurred (S5).
  • the positive pole of the battery pack 10 is electrically connected to the link wire 44 through the first main relay 31 and the short circuit 45 .
  • the negative link voltage VL ⁇ may become a level close to the positive voltage VP+.
  • the voltage difference VD between the positive link voltage VP+ and the negative link voltage VL- becomes a very small voltage due to an external short circuit.
  • the reference voltage VR may be set to a level for detecting a voltage difference VD when an external short circuit occurs.
  • step S4 if the voltage difference is equal to or greater than the reference voltage, the BMS 20 determines that the external short circuit is not in a normal state and ends the diagnosis (S6). Under normal conditions, the negative link voltage (VL-) may be 0V.

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Abstract

배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 양극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 메인 릴레이, 상기 배터리 팩의 음극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 메인 릴레이, 상기 제1 메인 릴레이의 타단에 연결되어 있는 제1 링크 배선, 상기 제2 메인 릴레이의 타단에 연결되어 있는 제2 링크 배선, 및 상기 제1 메인 릴레이를 닫고, 상기 배터리 팩의 양극 전압 및 상기 제2 링크 배선의 음 링크 전압을 측정하며, 상기 배터리 팩의 양극 전압과 상기 음 링크 전압 간의 전압 차가 소정의 기준 전압 보다 작을 때, 외부 단락으로 결정하는 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다.

Description

외부 단락 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 01월 06일자 한국 특허 출원 제10-2022-0002134호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 개시는 외부 단락 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템에 관한 것이다.
현재 고전압(High Voltage) 배터리 팩에 대한 외부 단락을 진단하는 방법은, 고전압 배터리 팩에 대한 프리차징(pre-charging) 중 프리차징 경로에 흐르는 전류를 이용한다. 예를 들어, 고전압 배터리의 배터리 관리 시스템이 고전압 배터리의 프리차징 중 고전압 배터리 팩과 외부 장치 간의 링크 배선에 흐르는 전류를 측정한다. 배터리 관리 시스템은 측정한 전류가 임계치 이상일 때 배터리 팩과 외부 장치 간의 연결을 차단하는 방식으로 고전압 배터리를 외부 단락으로부터 보호한다.
그러나, 위와 같은 방식에 따를 경우, 연결이 차단되기 전의 프리차징 기간 동안 많은 전류가 링크 배선에 흐르게 되고, 고전압 배터리 팩과 외부 장치 사이에 연결되어 있는 릴레이 및 저항, 그리고 고전압 배터리 팩에 손상이 발생할 수 있다.
배터리 시스템을 구성하는 소자의 손상 없이 외부 단락을 진단할 수 있는 외부 단락 진단 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 양극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 메인 릴레이, 상기 배터리 팩의 음극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 메인 릴레이, 상기 제1 메인 릴레이의 타단에 연결되어 있는 제1 링크 배선, 상기 제2 메인 릴레이의 타단에 연결되어 있는 제2 링크 배선, 및 상기 제1 메인 릴레이를 닫고, 상기 배터리 팩의 양극 전압 및 상기 제2 링크 배선의 음 링크 전압을 측정하며, 상기 배터리 팩의 양극 전압과 상기 음 링크 전압 간의 전압 차가 소정의 기준 전압 보다 작을 때, 외부 단락으로 결정하는 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 배터리 팩의 양극 전압에서 상기 음 링크 전압을 차감한 전압이 상기 기준 전압 보다 작을 때, 외부 단락으로 결정할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 배터리 팩의 양극 전압에 소정 비율을 곱하여 상기 기준 전압을 생성할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 외부 단락을 결정하기 위한 소정의 진단 기간 동안, 상기 제1 메인 릴레이를 닫고, 상기 제2 메인 릴레이를 개방할 수 있다.
상기 배터리 시스템은, 상기 제1 메인 릴레이에 대해서 병렬 연결되어 있는 프리챠지 릴레이를 더 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템은, 외부 단락을 결정하기 위한 소정의 진단 기간 동안, 상기 제1 메인 릴레이를 닫고, 상기 프리챠지 릴레이를 개방할 수 있다.
배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 양극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 메인 릴레이, 상기 배터리 팩의 음극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 메인 릴레이, 및 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다. 발명의 다른 특징에 따른, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 수행되는 배터리 시스템의 외부 단락을 진단하는 방법은, 진단 기간 동안 상기 제1 메인 릴레이를 닫는 단계, 상기 배터리 팩의 양극 전압 및 상기 제2 링크 배선의 음 링크 전압을 측정하는 단계, 상기 배터리 팩의 양극 전압과 상기 음 링크 전압 간의 전압 차와 소정의 기준 전압을 비교하는 단계, 및 상기 전압 차가 상기 기준 전압 보다 작을 때, 외부 단락으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압 차와 소정의 기준 전압을 비교하는 단계는, 상기 배터리 팩의 양극 전압에서 상기 음 링크 전압을 차감한 전압이 상기 기준 전압 보다 작은 지 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법은, 상기 배터리 팩의 양극 전압에 소정 비율을 곱하여 상기 기준 전압을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법은, 상기 진단 기간 동안, 상기 제2 메인 릴레이는 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법은, 상기 진단 기간 동안, 상기 제1 메인 릴레이에 대해서 병렬 연결되어 있는 프리챠지 릴레이를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 배터리 시스템을 구성하는 소자의 손상 없이 외부 단락을 진단할 수 있는 외부 단락 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 시스템에 외부 단락이 발생한 경우의 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 외부 단락 진단 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
본 출원에서, "포함한다" 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.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
배터리 시스템(1)은 배터리 팩(10), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(20), 제1 메인 릴레이(31), 제2 메인 릴레이(32), 프리챠지(precharge) 릴레이(33), 프리챠지 저항(34), 전류센서(50), 및 링크 커패시터(60)를 포함할 수 있다.
외부 전력 장치(2)는 배터리 시스템(1)으로부터 전력을 공급받는 부하이거나, 배터리 시스템(1)을 충전하기 위한 충전기일 수 있다. 예를 들어, 외부 전력 장치(2)는 배터리 시스템(1)을 포함하는 차량의 인버터, DC-DC 컨버터, 모터, 전자 제어 회로, OBC(On Board Charger), 고속 충전기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(10_1-10_n)를 포함한다. n은 2 이상의 자연수일 수 있다. 도 1에서는 하나의 배터리 팩(10)이 도시되어 있으나, 배터리 시스템(1)은 직렬, 병렬, 또는 직병렬 연결된 복수의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
전류센서(50)는 배터리 팩(10)에 흐르는 전류(이하, 배터리 팩 전류)를 감지하고, 전류센서(50)는 감지된 전류를 지시하는 신호를 BMS(20)에 전송할 수 있다.
링크 커패시터(60)는 배터리 시스템(1)의 두 출력단(P+, P-) 사이에 연결되어 있다.
BMS(20)는 배터리 팩(10)의 운영을 관리할 수 있다. 예를 들어, BMS(20)는 복수의 배터리 셀(10_1-10_n)에 연결되어, 복수의 배터리 셀(10_1-10_n)의 셀 전압을 측정하고, 배터리 팩 전류 및 배터리 팩(10)의 온도 등의 정보를 수신하며, 복수의 배터리 셀(10_1-10_n)의 복수의 셀 전압, 배터리 팩 전류, 온도 등에 기초하여 배터리 팩(10)의 충방전을 제어하고, 복수의 배터리 셀(10_1-10_n)에 대한 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있다.
제1 메인 릴레이(31), 제2 메인 릴레이(32), 및 프리챠지 릴레이(33)는 배터리 팩(10)에 대한 충전 전류 또는 방전 전류가 흐를 수 있도록 전류 경로를 형성한다. 프리챠지 릴레이(33)는 프리챠지 저항(34)와 함께 제1 메인 릴레이(31)에 대해서 병렬 연결되어 있다.
제1 메인 릴레이(31)의 일단은 링크 배선(41)에 연결되어 있고, 제1 메인 릴레이(31)의 타단은 링크 배선(43)에 연결되어 있다. 제2 메인 릴레이(32)의 일단은 링크 배선(42)에 연결되어 있고, 제2 메인 릴레이(32)의 타단은 링크 배선(44)에 연결되어 있다. 프리챠지 릴레이(33)의 일단은 링크 배선(43)에 연결되어 있고, 프리챠지 릴레이(33)의 타단은 프리챠지 저항(34)의 일단에 연결되어 있으며, 프리챠지 저항(34)의 타단은 링크 배선(41)에 연결되어 있다.
링크 배선(41)은 배터리 팩(10)의 양극과 제1 메인 릴레이(31)의 일단 사이에 연장되어 있고, 링크 배선(42)은 배터리 팩(10)의 음극과 제2 메인 릴레이(32)의 일단 사이에 연장되어 있으며, 링크 배선(43)은 제1 메인 릴레이(31)의 타단과 외부 전력 장치(2)의 제1 입력단(IN1) 사이에 연장되어 있고, 링크 배선(44)은 제2 메인 릴레이(32)의 타단과 외부 전력 장치(2)의 제2 입력단(IN2) 사이에 연장되어 있다.
BMS(20)는 제1 및 제2 메인 릴레이(31, 32), 및 프리챠지 릴레이(33)의 개방 및 닫힘을 제어하는 릴레이 제어 신호(RCS1-RCS3)를 생성하여 제1 및 제2 메인 릴레이(31, 32), 및 프리챠지 릴레이(33)에 공급할 수 있다. 제1 메인 릴레이(31)는 릴레이 제어 신호(RCS1)의 온 레벨에 의해 닫히고, 릴레이 제어 신호(RCS1)의 오프 레벨에 의해 개방된다. 제2 메인 릴레이(32)는 릴레이 제어 신호(RCS2)의 온 레벨에 의해 닫히고, 릴레이 제어 신호(RCS2)의 오프 레벨에 의해 개방된다. 프리챠지 릴레이(33)는 릴레이 제어 신호(RCS3)의 온 레벨에 의해 닫히고, 릴레이 제어 신호(RCS3)의 오프 레벨에 의해 개방된다.
충방전을 위해 배터리 팩(10)과 외부 전력 장치(2)를 연결할 때, BMS(20)는 제2 메인 릴레이(32)와 프리챠지 릴레이(33)가 닫히도록 제어하고, 소정의 제1 기간 경과 후 제1 메인 릴레이(31)가 닫히도록 제어할 수 있다. BMS(20)는 제1 메인 릴레이(31)가 닫힌 시점으로부터 소정의 제2 기간 경과 후 프리챠지 릴레이(33)가 개방되도록 제어할 수 있다. BMS(20)는 위와 같은 동작을 제어하기 위해 온 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS2, RCS3)를 생성한 후, 제1 기간 경과 후 온 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS1)를 생성하며, 제2 기간 경과 후 오프 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS3)를 생성할 수 있다.
BMS(20)는 배터리 시스템(1)의 외부 단락을 진단하기 위해서, 충방전 전에 제1 메인 릴레이(31)만을 소정의 진단 기간 동안 닫을 수 있다. 진단 기간 동안 릴레이 제어 신호(RCS1)만 온 레벨이고, 릴레이 제어 신호(RCS2, RCS3)는 오프 레벨일 수 있다.
BMS(20)는 진단 기간 동안, 링크 배선(44)의 전압을 측정하고, 측정된 링크 배선(44)의 전압(이하, 음 링크 배선 전압)(VL-)과 배터리 팩(10)의 양극 전압(VP+)간의 전압 차가 소정의 기준 전압 이하이면, 외부 단락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 외부 단락을 위한 진단 기간 동안의 배터리 시스템을 나타낸 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 외부 단락에 의해, 링크 배선(43)과 링크 배선(44) 사이의 점선으로 도시된 전기적인 연결이 형성될 수 있다. 진단 기간 동안 제1 메인 릴레이(31)는 닫힘 상태이다.
도 3은 일 실시예에 따른 외부 단락 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, BMS(20)는 제1 메인 릴레이(31)를 닫는다(S1). 즉, BMS(20)는 온 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS1)를 생성하여 제1 메인 릴레이(31)에 공급한다. BMS(20)는 외부 단락을 수행하는 진단 기간 동안 제2 메인 릴레이(32) 및 프리챠지 릴레이(33)를 개방한다.
BMS(20)는 배터리 팩(10)의 양극 전압(VP+) 및 음 링크 전압(VL-)을 측정한다(S2), BMS(20)는 배터리 셀(10_1)의 양극 전압을 배터리 팩(10)의 양극 전압(VP+)으로 측정하고, 링크 배선(44)의 전압을 음 링크 전압(VL-)으로 측정할 수 있다.
BMS(20)는 배터리 팩(10)의 양극 전압(VP+)과 음 링크 전압(VL-) 간의 전압차(VD)를 산출한다(S3). 예를 들어, BMS(20)는 양극 전압(VP+)에서 음 링크 전압(VL-)을 차감하여 전압차를 산출할 수 있다.
BMS(20)는 전압차(VD)와 기준 전압(VR)을 비교한다(S4). 예를 들어, BMS(20)는 전압차(VD)가 기준 전압(VR) 보다 작은 지 비교할 수 있고, BMS(20)는 측정한 배터리 팩(10)의 양극 전압(VP+)에 소정 비율(예를 들어, 50%)을 곱하여 기준 전압(VR)을 생성할 수 있다. 비율 50%는 일 예로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
S4 단계의 비교 결과, 전압차(VD)가 기준 전압(VR) 보다 작으면, BMS(20)는 외부 단락이 발생한 것으로 결정한다(S5). 외부 단락이 발생할 경우, 제1 메인 릴레이(31) 및 단락(45)을 통해 배터리 팩(10)의 양극이 링크 배선(44)에 전기적으로 연결된다. 그러면, 음 링크 전압(VL-)이 양극 전압(VP+)에 근접한 레벨이 될 수 있다. 따라서 외부 단락에 의해 양극 전압(VP+)과 음 링크 전압(VL-) 간의 전압차(VD)는 매우 작은 전압이 된다. 기준 전압(VR)은 외부 단락이 발생할 때의 전압차(VD)를 검출하기 위한 레벨로 설정될 수 있다.
S4 단계의 비교 결과, 전압차가 기준 전압 이상이면, BMS(20)는 외부 단락이 발생하지 않은 정상 상태로 판단하고, 진단을 종료한다(S6). 정상 상태에서, 음 링크 전압(VL-)은 0V일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩;
    상기 배터리 팩의 양극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 메인 릴레이;
    상기 배터리 팩의 음극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 메인 릴레이;
    상기 제1 메인 릴레이의 타단에 연결되어 있는 제1 링크 배선;
    상기 제2 메인 릴레이의 타단에 연결되어 있는 제2 링크 배선; 및
    상기 제1 메인 릴레이를 닫고, 상기 배터리 팩의 양극 전압 및 상기 제2 링크 배선의 음 링크 전압을 측정하며, 상기 배터리 팩의 양극 전압과 상기 음 링크 전압 간의 전압 차가 소정의 기준 전압 보다 작을 때, 외부 단락으로 결정하는 배터리 관리 시스템을 포함하는, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 배터리 팩의 양극 전압에서 상기 음 링크 전압을 차감한 전압이 상기 기준 전압 보다 작을 때, 외부 단락으로 결정하는, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 배터리 팩의 양극 전압에 소정 비율을 곱하여 상기 기준 전압을 생성하는, 배터리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    외부 단락을 결정하기 위한 소정의 진단 기간 동안, 상기 제1 메인 릴레이를 닫고, 상기 제2 메인 릴레이를 개방하는, 배터리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 메인 릴레이에 대해서 병렬 연결되어 있는 프리챠지 릴레이를 더 포함하고,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    외부 단락을 결정하기 위한 소정의 진단 기간 동안, 상기 제1 메인 릴레이를 닫고, 상기 프리챠지 릴레이를 개방하는, 배터리 시스템.
  6. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 양극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 메인 릴레이, 상기 배터리 팩의 음극에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 메인 릴레이, 및 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 시스템의 외부 단락을 진단하는 방법에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템이,
    진단 기간 동안 상기 제1 메인 릴레이를 닫는 단계;
    상기 배터리 팩의 양극 전압 및 상기 제2 링크 배선의 음 링크 전압을 측정하는 단계;
    상기 배터리 팩의 양극 전압과 상기 음 링크 전압 간의 전압 차와 소정의 기준 전압을 비교하는 단계; 및
    상기 전압 차가 상기 기준 전압 보다 작을 때, 외부 단락으로 결정하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 차와 소정의 기준 전압을 비교하는 단계는,
    상기 배터리 팩의 양극 전압에서 상기 음 링크 전압을 차감한 전압이 상기 기준 전압 보다 작은 지 비교하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 양극 전압에 소정 비율을 곱하여 상기 기준 전압을 생성하는 단계를 더 포함하는, 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 진단 기간 동안, 상기 제2 메인 릴레이는 개방하는 단계를 더 포함하는, 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 진단 기간 동안, 상기 제1 메인 릴레이에 대해서 병렬 연결되어 있는 프리챠지 릴레이를 개방하는 단계를 더 포함하는, 배터리 시스템의 외부 단락 진단 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165253A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Panasonic Ev Energy Co Ltd 電源装置、及びその制御方法
JP2013145175A (ja) * 2012-01-13 2013-07-25 Toyota Motor Corp 電池システムおよび短絡検出方法
US10106036B2 (en) * 2013-10-27 2018-10-23 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Protecting a power supply including a plurality of batteries in parallel against an external short-circuit
JP2021069229A (ja) * 2019-10-25 2021-04-30 プライムアースＥｖエナジー株式会社 二次電池システム
KR20220000740A (ko) * 2020-06-26 2022-01-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈의 외부 및 내부 단락을 감지하기 위한 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165253A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Panasonic Ev Energy Co Ltd 電源装置、及びその制御方法
JP2013145175A (ja) * 2012-01-13 2013-07-25 Toyota Motor Corp 電池システムおよび短絡検出方法
US10106036B2 (en) * 2013-10-27 2018-10-23 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Protecting a power supply including a plurality of batteries in parallel against an external short-circuit
JP2021069229A (ja) * 2019-10-25 2021-04-30 プライムアースＥｖエナジー株式会社 二次電池システム
KR20220000740A (ko) * 2020-06-26 2022-01-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈의 외부 및 내부 단락을 감지하기 위한 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩

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