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KR102056876B1 - 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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KR102056876B1
KR102056876B1 KR1020170123461A KR20170123461A KR102056876B1 KR 102056876 B1 KR102056876 B1 KR 102056876B1 KR 1020170123461 A KR1020170123461 A KR 1020170123461A KR 20170123461 A KR20170123461 A KR 20170123461A KR 102056876 B1 KR102056876 B1 KR 102056876B1
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송현진
유선욱
최양림
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명에 따른 복수의 스위치를 구비하고, 상기 제1 메인 릴레이와 병렬로 연결되며, 상기 제2 메인 릴레이와 상기 제2 충방전 단자 사이에 연결된 프리차지부, 상기 배터리 모듈의 출력 전압을 감압 전압으로 감압하여 상기 제1 충방전 단자 및 상기 제2 충방전 단자 사이에 출력하도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 제어부, 상기 감압 전압을 인가받는 부하에 흐르는 전류의 부하 전류값에 기초하여 상기 부하 내부의 연결 상태를 진단하는 진단부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{Apparatus for managing battery, battery pack including the same and vehicle including the same}
본 발명은 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 출력 시 프리차징을 수행하고, 배터리 팩과 연결된 부하 내부의 연결 상태를 진단하는 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 전기 화학적 반응에 의하여 충방전을 끊임없이 반복할 수 있어 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지 활용원으로 주목받고 있다.
상기 자동차 등에 적용되는 배터리 팩은 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 구성되는 어셈블리와 상기 어셈블리 내지 배터리 모듈이 복수 개로 이루어지며, 상기 셀은 양극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능한 구조가 된다.
이러한 상기 배터리 팩은 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지를 사용하는 경우, 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단전 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
특히, 자동차 등에 적용되는 배터리 팩은 자동차의 충돌 사고로 인한 충격이 인가되는 경우, 충격으로 인해 배터리 팩 자체에 발화 또는 폭발이 발생할 뿐만 아니라, 발생된 화재가 자동차의 화재로 발전하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 배터리 팩이 적용된 자동차에 충동 사고가 발생하는 경우, 배터리 팩으로부터 발화 또는 폭발이 발생하지 않도록 배터리 팩의 출력 및 전기적 흐름을 제어하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 배터리 모듈의 출력 전압을 감압 전압으로 감압하여 부하로 출력하고, 부하에 흐르는 전류의 부하 전류값에 기초하여 부하 내부의 연결 상태를 진단할 수 있는 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배터리 모듈의 출력 전압을 이용하여 출력 커패시터의 충전 전압값을 출력 전압의 전압값 보다 낮은 전압값으로 충전시켜 프리차지를 수행하는 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 모듈, 부하와 연결된 제1 충방전 단자, 상기 부하와 연결된 제2 충방전 단자, 상기 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 충방전 단자 사이에 연결된 제1 메인 릴레이 및 상기 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 충방전 단자 사이에 연결된 제2 메인 릴레이를 구비하는 배터리 팩에 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 배터리 관리 장치는 복수의 스위치를 구비하고, 상기 제1 메인 릴레이와 병렬로 연결되며, 상기 제2 메인 릴레이와 상기 제2 충방전 단자 사이에 연결된 프리차지부, 상기 배터리 모듈의 출력 전압을 감압 전압으로 감압하여 상기 제1 충방전 단자 및 상기 제2 충방전 단자 사이에 출력하도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 제어부, 상기 감압 전압을 인가받는 부하에 흐르는 전류의 부하 전류값에 기초하여 상기 부하 내부의 연결 상태를 진단하는 진단부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 프리차지부는 상기 제1 메인 릴레이와 상기 양극 단자 사이의 제1 노드에 일단이 연결된 제1 스위치, 상기 제1 스위치의 타단에 일단이 연결된 제2 스위치, 상기 제2 스위치의 타단에 일단이 연결되고, 상기 제1 메인 릴레이와 상기 제1 충방전 단자 사이의 제2 노드에 타단이 연결된 인덕터 및 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 제3 노드에 일단이 연결되고, 상기 제2 메인 릴레이와 상기 제2 충방전 단자 사이의 제4 노드에 타단이 연결된 제3 스위치를 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 제1 메인 릴레이가 오프 상태로 제어되고 상기 제2 메인 릴레이가 온 상태로 제어된 상태에서, 상기 제2 스위치를 온 상태로 제어한 후, 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치가 온 상태와 오프 상태를 교대로 반복하도록 제어하여 상기 배터리 모듈의 출력 전압을 상기 감압 전압으로 감압시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 진단부는 상기 부하에 상기 감압 전압이 인가된 경우, 상기 부하 전류값과 미리 설정된 기준 전류 범위를 비교하고, 비교 결과 상기 부하 전류값이 상기 미리 설정된 기준 전류 범위에 포함되면, 상기 부하 내부의 연결이 끊어진 것으로 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 배터리 관리 장치는 상기 제2 메인 릴레이와 상기 제2 충방전 단자 사이에 연결된 진단 저항부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 진단부는 상기 진단 저항부의 양단 전압값의 변화에 기초하여 상기 부하 내부의 연결 상태를 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 진단부는 상기 부하에 상기 감압 전압이 인가된 초기의 양단 전압값이 미리 설정된 감소율 이상으로 감소하면 상기 부하 내부의 연결 상태에 이상이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 제1 충방전 단자 및 상기 제2 충방전 단자 사이에 출력되는 상기 감압 전압의 감압 전압값이 미리 설정된 기준 전압값을 유지하도록 상기 복수의 스위치를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는 상기 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 출력 전압을 감압 전압으로 감압하여 부하로 출력하고, 부하에 흐르는 전류의 부하 전류값에 기초하여 부하 내부의 연결 상태를 진단함으로써, 연결 상태에 문제가 발생한 부하로부터 배터리 팩을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리 모듈의 출력 전압을 이용하여 출력 커패시터의 충전 전압값을 출력 전압의 전압값 보다 낮은 전압값으로 충전시켜 프리차지를 수행함으로써, 써지성 전류로부터 메인 릴레이와 부하를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩의 구성과 회로 연결을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 부하의 내부의 연결 상태를 진단하기 위하여 배터리 모듈의 출력 전압을 감압 전압으로 감압시키는 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 프리차지를 수행하기 위하여 프리차지부에 구비된 복수의 스위치를 제어하는 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)와 이를 포함하는 배터리 팩(1000)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)와 이를 포함하는 배터리 팩(1000)의 구성과 회로 연결을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(1000)에 포함될 수 있고, 이러한 배터리 팩(1000)에는 배터리 모듈(B), 제1 충방전 단자(T1), 제2 충방전 단자(T2), 제1 충방전 단자(T1)와 제2 충방전 단자(T2) 사이에 연결된 출력 커패시터(VC), 배터리 모듈(B)의 양극 단자(P)와 제1 충방전 단자(T1) 사이에 연결된 제1 메인 릴레이(R1) 및 배터리 모듈(B)의 음극 단자(P)와 제2 충방전 단자(T2) 사이에 연결된 제2 메인 릴레이(R2)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 충방전 단자(T1)와 제2 충방전 단자(T2)에는 부하(1)가 연결되어 배터리 팩(1000)의 전력이 부하(1)로 공급될 수 있다.
이를 위하여, 제1 메인 릴레이(R1)는 연결 상태가 온 상태 또는 오프 상태로 제어되어 배터리 모듈(B)의 양극 단자(P)와 제1 충방전 단자(T1) 사이의 전기적 연결을 변경시킬 수 있다.
또한, 제2 메인 릴레이(R2)는 연결 상태가 온 상태 또는 오프 상태로 제어되어 배터리 모듈(B)의 음극 단자(P)와 제2 충방전 단자(T2) 사이의 전기적 연결을 변경시킬 수 있다.
이러한 배터리 팩(1000)에 포함된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 제1 충방전 단자(T1)와 제2 충방전 단자(T2)에 연결된 부하(1)의 내부의 연결 상태를 진단하고, 배터리 팩(1000)의 출력 시 프리차지를 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 연결 상태 진단과 프리차지를 수행하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 프리차지부(110), 제어부(120), 진단부(130) 및 진단 저항부(140)를 포함할 수 있다.
프리차지부(110)는 복수의 스위치(111, 112, 114)와 인덕터(113)를 구비하며, 제1 메인 릴레이(R1)와 병렬로 연결되고, 제2 메인 릴레이(R2)와 제2 충방전 단자(T2) 사이에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 프리차지부(110)는 제1 스위치(111), 제2 스위치(112), 인덕터(113) 및 제3 스위치(114)를 구비할 수 있다.
제1 스위치(111)는 제1 메인 릴레이(R1)와 양극 단자(P) 사이의 제1 노드(n1)에 일단이 연결될 수 있다.
제2 스위치(112)는 제1 스위치(111)의 타단에 일단이 연결될 수 있다.
인덕터(113)는 제2 스위치(112)의 타단에 일단이 연결되고, 제1 메인 릴레이(R1)와 제1 충방전 단자(T1) 사이의 제2 노드(n2)에 타단이 연결될 수 있다.
제3 스위치(114)는 제1 스위치(111)와 제2 스위치(112) 사이의 제3 노드(n3)에 일단이 연결되고, 제2 메인 릴레이(R2)와 제2 충방전 단자(T2) 사이의 제4 노드(n4)에 타단이 연결될 수 있다.
즉, 제1 스위치(111), 제2 스위치(112) 및 인덕터(113)는 차례로 직렬 연결되어 제1 메인 릴레이(R1)와 병렬로 연결되고, 제3 스위치(114)는 제3 노드(n3)와 제4 노드(n4) 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 프리차지부(110)에 포함된 복수의 스위치(111, 112, 114)는 모스펫일 수 있다. 이를 통해, 제어부(120)는 복수의 스위치(111, 112, 114)의 동작 상태를 신속하게 제어할 수 있다.
이러한, 프리차지부(110)에 구비된 복수의 스위치(111, 112, 114)는 제어부(120)에 의해 동작 상태가 제어될 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(120)는 진단부(130)로부터 입력되는 명령 신호에 대응하여 프리차지부(110)에 구비된 복수의 스위치(111, 112, 114)의 동작 상태를 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어부(120)는 배터리 모듈(B)의 출력 전압을 감압 전압으로 감압하여 제1 충방전 단자(T1)와 제2 충방전 단자(T2)로 출력하도록 프리차지부(110)에 구비된 복수의 스위치(111, 112, 114)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(120)는 진단부(130)로부터 부하(1)의 내부의 연결 상태를 진단하기 위한 연결 상태 진단 명령 신호를 수신하는 경우, 전원을 인가받아 작동을 시작할 수 있다.
보다 구체적으로, 진단부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 부하(1)의 내부의 연결 상태를 진단하기 위하여 제2 메인 릴레이(R2)의 동작 상태를 온 상태로 제어하고, 제1 메인 릴레이(R1)의 동작 상태를 오프 상태로 제어한 후 연결 상태 진단 명령 신호를 제어부(120)로 송신할 수 있다.
이후, 제어부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 연결 상태 진단 명령 신호에 대응하여 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어하고, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 온 상태와 오프 상태가 교대로 반복되도록 제어할 수 있다.
이때, 제1 메인 릴레이(R1)의 동작 상태는 오프 상태이고, 제2 메인 릴레이(R2)는 동작 상태가 온 상태일 수 있다.
즉, 제어부(120)는 연결 상태 진단 명령 신호가 수신되면, 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어하고, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 오프 상태와 온 상태가 교대로 반복되도록 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 부하의 내부의 연결 상태를 진단하기 위하여 배터리 모듈의 출력 전압을 감압 전압으로 감압시키는 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3 및 도 4를 더 참조하면, 제어부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어한 후, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 각각 온 상태와 오프 상태로 제어할 수 있다.
이에 따라, 배터리 모듈(B)의 출력 전압은 제1 스위치(111), 제2 스위치(112), 인덕터(113), 출력 커패시터(VC) 및 제2 메인 릴레이(R2)가 차례로 직렬 연결된 폐회로에 인가되어, 인덕터(113)와 출력 커패시터(VC)가 충전될 수 있다.
반대로, 제어부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어한 후, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 각각 오프 상태와 온 상태로 제어할 수 있다.
이에 따라, 배터리 모듈(B)의 양극 단자(P)와 음극 단자(P)가 연결된 회로가 개방되어 제2 스위치(112), 인덕터(113), 출력 커패시터(VC), 제3 스위치(114)가 차례로 직력 연결된 폐회로가 구성되고, 폐회로 내에서 인덕터(113)에 충전된 전력이 출력 커패시터(VC)로 충전될 수 있다.
이때, 제어부(120)는 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)가 온 상태 및 오프 상태 간의 변경되는 주기를 제어하여 감압 전압의 감압 전압값이 미리 설정된 기준 전압값을 유지하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(120)는 배터리 모듈(B)로부터 출력되는 출력 전압을 미리 설정된 기준 전압값의 감압 전압으로 감압할 수 있다.
이에 따라, 제어부(120)가 연결 상태 진단 명령 신호에 대응하여 제1 스위치(111) 및 제3 스위치(114)의 동작 상태를 제어하는 경우, 제1 충방전 단자(T1)와 제2 충방전 단자(T2)에는 미리 설정된 기준 전압값의 감압 전압이 출력될 수 있다.
또한, 제어부(120)가 연결 상태 진단 명령 신호에 대응하여 제1 스위치(111) 및 제3 스위치(114)의 동작 상태를 제어하는 경우, 제1 충방전 단자(T1)와 제2 충방전 단자(T2)에 연결된 출력 커패시터(VC)에는 미리 설정된 기준 전압값의 충전 전압이 충전될 수 있다.
제어부(120)는 출력 커패시터(VC)에 미리 설정된 기준 전압값의 충전 전압이 충전되면 제1 스위치(111), 제2 스위치(112) 및 제3 스위치(114)의 동작 상태를 오프 상태로 제어할 수 있다.
이후, 제어부(120)는 출력 커패시터(VC)에 미리 설정된 기준 전압값 미만의 충전 전압이 충전되면 다시 상술된 스위치 제어를 통해 출력 커패시터(VC)를 충전시켜 충전 커패시터(VC)의 충전 전압을 미리 설정된 기준 전압값으로 유지시킬 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈(B)로부터 출력되는 출력 전압의 전압값은 400V일 수 있고, 미리 설정된 기준 전압값은 40V일 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는 부하(1)의 내부의 연결 상태를 진단하는데 있어서, 고전압의 출력 전압을 부하(1)로 출력하지 않고 저전압을 부하(1)에 출력하여 진단을 수행함으로써, 진단 과정에서 고전압의 인가로 인한 부하(1)에 손상이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 진단부(130)는 감압 전압을 인가받는 부하(1)에 흐르는 전류의 부하 전류값에 기초하여 부하(1)의 내부의 연결 상태를 진단할 수 있다.
보다 구체적으로, 진단부(130)는 부하(1)에 미리 설정된 기준 전압값의 감압 전압이 인가된 경우, 부하 전류값과 미리 설정된 기준 전류 범위를 비교하고, 비교 결과 부하 전류값이 미리 설정된 기준 전류 범위에 포함되면, 부하(1)의 내부의 연결이 끊어진 것으로 진단할 수 있다.
여기서, 부하(1)의 내부의 연결이 끊어지는 경우, 부하(1)의 내부의 저항 성분이 무한대로 상승하게 되고, 이에 따라, 미리 설정된 기준 전압값의 감압 전압이 인가된 부하(1)에는 전류가 흐르지 않거나 미세한 전류값의 전류만이 흐를 수 있다.
이를 이용하여, 미리 설정된 기준 전류 범위는 0.01V 이하일 수 있다.
즉, 진단부(130)는 미리 설정된 기준 전압값의 감압 전압이 충전된 출력 커패시터(VC)로부터 전압을 인가받는 부하(1)에 미리 설정된 기준 전류 범위에 포함되는 부하 전류값의 전류가 흐르는 경우, 부하(1)의 내부의 연결이 끊어진 것으로 진단할 수 있다.
또한, 진단부(130)는 부하(1)의 내부의 연결이 끊어진 것으로 진단하면 제1 메인 릴레이(R1)와 제2 메인 릴레이(R2)의 동작 상태를 오프 상태로 제어하여 배터리 팩(1000)과 부하(1) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
반대로, 진단부(130)는 부하(1)에 미리 설정된 기준 전압값의 감압 전압이 인가된 경우, 부하 전류값과 미리 설정된 기준 전류 범위를 비교하고, 비교 결과 부하 전류값이 미리 설정된 기준 전류 범위에 포함되지 않으면, 부하(1)의 내부의 연결이 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다.
한편, 진단 저항부(140)는 제2 메인 릴레이(R2)와 제2 충방전 단자(T2) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 진단 저항부(140)는 1옴 이하의 저항 소자 일 수 있다.
이에 따라, 진단 저항부(140)에는 부하(1)에 흐르는 전류가 흐를 수 있다.
즉, 진단 저항부(140)에는 미리 설정된 기준 전압값의 감압 전압이 인가된 부하(1)에 흐르는 전류와 동일한 전류가 흐를 수 있다.
이때, 진단부(130)는 진단 저항부(140)의 양단 전압값의 변화에 기초하여 부하(1) 내부의 연결 상태를 진단할 수 있다.
보다 구체적으로, 진단부(130)는 부하(1)에 감압 전압이 인가된 초기의 양단 전압값이 미리 설정된 감소율 이상으로 감소하면 부하(1)의 내부의 연결 상태에 이상이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
예를 들어, 부하(1)의 내부에 연결이 끊어지지 않고, 연결 상태에 이상이 발생하여 부하(1)의 내부에 저항 성분이 발생하는 경우, 발생된 저항 성분에 감압 전압이 분배되어 인가될 수 있다.
이에 따라, 부하(1)의 내부에 연결이 끊어지지 않고, 연결 상태에 이상이 발생하여 부하(1)의 내부에 저항 성분이 발생하는 경우, 진단 저항부(140)에는 감압 전압이 인가된 초기 보다 낮은 전압이 인가될 수 있다.
이를 이용하여, 진단부(130)는 부하(1)에 감압 전압이 인가된 초기의 양단 전압값이 미리 설정된 감소율 이상으로 감소하면 부하(1)의 내부의 연결 상태에 이상이 발생한 것으로 진단할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 감소율은 80%일 수 있다. 예를 들어, 부하(1)에 감압 전압이 인가된 초기 5V 양단 전압값이 1V로 감소하는 경우 양단 전압값의 감소율이 80%이므로 진단부(130)는 부하(1)의 내부의 연결 상태에 이상이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
한편, 진단부(130)는 부하(1)의 내부의 연결 상태에 이상이 발생한 것으로 진단하면 제1 메인 릴레이(R1)와 제2 메인 릴레이(R2)의 동작 상태를 오프 상태로 제어하여 배터리 팩(1000)과 부하(1) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 프리차지를 수행하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)가 프리차지를 수행하기 위하여 프리차지부(110)에 구비된 복수의 스위치(111, 112, 114)를 제어하는 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5 내지 도 8을 더 참조하면, 진단부(130)는 프리차지를 수행하기 위하여 제2 메인 릴레이(R2)의 동작 상태를 온 상태로 제어한 후 프리차지를 수행하기 위한 프리차지 명령 신호를 제어부(120)로 송신할 수 있다.
제어부(120)는 프리자지 명령 신호를 수신하는 경우, 전원을 인가받아 작동을 시작할 수 있다.
이후, 제어부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 프리차지 명령 신호에 대응하여 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어하고, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 온 상태와 오프 상태가 교대로 반복되도록 제어할 수 있다.
이때, 제1 메인 릴레이(R1)의 동작 상태는 오프 상태이고, 제2 메인 릴레이(R2)는 동작 상태가 온 상태일 수 있다.
즉, 제어부(120)는 프리차지 명령 신호가 수신되면, 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어하고, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 오프 상태와 온 상태가 교대로 반복되도록 제어할 수 있다.
제어부(120)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어한 후, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 각각 온 상태와 오프 상태로 제어할 수 있다.
이에 따라, 배터리 모듈(B)의 출력 전압은 제1 스위치(111), 제2 스위치(112), 인덕터(113), 출력 커패시터(VC) 및 제2 메인 릴레이(R2)가 차례로 직렬 연결된 폐회로에 인가되어, 인덕터(113)와 출력 커패시터(VC)가 충전될 수 있다.
반대로, 제어부(120)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 스위치(112)를 온 상태로 제어한 후, 제1 스위치(111)와 제3 스위치(114)를 각각 오프 상태와 온 상태로 제어할 수 있다.
이에 따라, 배터리 모듈(B)의 양극 단자(P)와 음극 단자(P)가 연결된 회로가 개방되어 제2 스위치(112), 인덕터(113), 출력 커패시터(VC), 제3 스위치(114)가 차례로 직력 연결된 폐회로가 구성되고, 폐회로 내에서 인덕터(113)에 충전된 전력이 출력 커패시터(VC)로 충전될 수 있다.
이러한, 제어부(120)의 스위치 제어에 따라 배터리 팩(1000)의 제1 충방전 단자(T1)와 제2 충방전 단자(T2)에는 배터리 모듈(B)의 고전압이 급격하게 출력되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 제어부(120)의 상술된 스위치 제어를 반복하여 수행하는 경우, 출력 커패시터(VC)의 충전 전압을 서서히 증가할 수 있다.
이때, 진단부(130)는 출력 커패시터(VC)의 충전 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교하고, 비교 결과에 대응하여 프리차지를 종료할 수 있다.
보다 구체적으로, 진단부(130)는 출력 커패시터(VC)의 충전 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교한 결과, 충전 전압값이 미리 설정된 기준 전압값을 초과하는 경우, 프리차지를 종료할 수 있다. 이에 따라, 진단부(130)는 충전 전압값이 미리 설정된 기준 전압값을 초과하면, 제어부(120)로 프리차지 종료 명령을 송신할 수 있다.
제어부(120)는 프리차지 종료 명령을 수신하면 프리차지부(110)에 구비된 모든 복수의 스위치(111, 112, 114)의 동작 상태를 오프상태로 제어할 수 있다.
이와 동시에 진단부(130)는 오프 상태로 유지된 제1 메인 릴레이(R1)의 동작 상태를 온 상태로 제어하여 배터리 모듈(B)의 양극 단자(P)와 제1 충방전 단자(T1)를 연결시키고, 배터리 모듈(B)의 음극 단자(P)와 제2 충방전 단자(T2)를 연결시킴으로써, 배터리 팩(1000)의 전력을 외부로 출력시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 구성에 따르면, 전자식 반도체인 모스펫으로 구성된 복수의 스위치(111, 112, 114)를 파형을 발생시키는 제어부(120)를 통해 제어함으로써, 프리차지에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 상술한 배터리 모듈(B)을 하나 이상 포함한다. 이때, 배터리 팩(1000)에는 배터리 모듈(B) 이외에, 이러한 배터리 모듈(B)을 수납하기 위한 케이스, 카트리지 및 버스바 등이 더 포함될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 상술된 배터리 관리 장치(100)를 더 포함하여 프리차지를 수행하고 부하(1)의 내부의 연결 상태를 진단할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
1000: 배터리 팩 100: 배터리 관리 장치
110: 프리차지부 120: 제어부
130: 진단부

Claims (9)

  1. 배터리 모듈, 부하와 연결된 제1 충방전 단자, 상기 부하와 연결된 제2 충방전 단자, 상기 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 충방전 단자 사이에 연결된 제1 메인 릴레이 및 상기 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 충방전 단자 사이에 연결된 제2 메인 릴레이를 구비하는 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 장치에 있어서,
    복수의 스위치를 구비하고, 상기 제1 메인 릴레이와 병렬로 연결되며, 상기 제2 메인 릴레이와 상기 제2 충방전 단자 사이에 연결된 프리차지부;
    상기 배터리 모듈의 출력 전압을 감압 전압으로 감압하여 상기 제1 충방전 단자 및 상기 제2 충방전 단자 사이에 출력하도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 제어부; 및
    상기 감압 전압을 인가받는 부하에 흐르는 전류의 부하 전류값에 기초하여 상기 부하 내부의 연결 상태를 진단하는 진단부를 포함하고,
    상기 프리차지부는,
    상기 제1 메인 릴레이와 병렬로 연결된 라인 상에 구비되고, 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치;
    상기 라인 상에 구비되어 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 직렬로 연결되고, 양단 중 일단이 상기 제1 메인 릴레이와 상기 제1 충방전 단자 사이에 연결된 인덕터; 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 사이에 일단이 연결되고, 상기 제2 메인 릴레이와 제2 충방전 단자 사이에 타단이 연결된 제3 스위치를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 메인 릴레이는 오프 상태이고, 상기 제2 메인 릴레이 및 상기 제2 스위치는 온 상태일 때, 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치의 동작 상태가 서로 상이하도록 교대로 제어하여 상기 감압 전압을 출력시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치는,
    상기 제1 메인 릴레이와 상기 양극 단자 사이의 제1 노드에 일단이 연결되도록 구성되고,
    상기 제2 스위치는,
    상기 제1 스위치의 타단에 일단이 연결되도록 구성되고,
    상기 인덕터는,
    상기 제2 스위치의 타단에 일단이 연결되고, 상기 제1 메인 릴레이와 상기 제1 충방전 단자 사이의 제2 노드에 타단이 연결되도록 구성되고,
    상기 제3 스위치는,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 제3 노드에 일단이 연결되고, 상기 제2 메인 릴레이와 상기 제2 충방전 단자 사이의 제4 노드에 타단이 연결된 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진단부는
    상기 부하에 상기 감압 전압이 인가된 경우, 상기 부하 전류값과 미리 설정된 기준 전류 범위를 비교하고, 비교 결과 상기 부하 전류값이 상기 미리 설정된 기준 전류 범위에 포함되면, 상기 부하 내부의 연결이 끊어진 것으로 진단하는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 메인 릴레이와 상기 제2 충방전 단자 사이에 연결된 진단 저항부를 더 포함하고,
    상기 진단부는
    상기 진단 저항부의 양단 전압값의 변화에 기초하여 상기 부하 내부의 연결 상태를 진단하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진단부는
    상기 부하에 상기 감압 전압이 인가된 초기의 양단 전압값이 미리 설정된 감소율 이상으로 감소하면 상기 부하 내부의 연결 상태에 이상이 발생한 것으로 진단하는 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 충방전 단자 및 상기 제2 충방전 단자 사이에 출력되는 상기 감압 전압의 감압 전압값이 미리 설정된 기준 전압값을 유지하도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 배터리 관리 장치.
  8. 상기 제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  9. 상기 제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 자동차.
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