KR102019381B1 - 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템 - Google Patents

고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102019381B1
KR102019381B1 KR1020170127490A KR20170127490A KR102019381B1 KR 102019381 B1 KR102019381 B1 KR 102019381B1 KR 1020170127490 A KR1020170127490 A KR 1020170127490A KR 20170127490 A KR20170127490 A KR 20170127490A KR 102019381 B1 KR102019381 B1 KR 102019381B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transistor
capacitor
signal
voltage
power supply
Prior art date
Application number
KR1020170127490A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190037793A (ko
Inventor
이종민
권오철
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020170127490A priority Critical patent/KR102019381B1/ko
Publication of KR20190037793A publication Critical patent/KR20190037793A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102019381B1 publication Critical patent/KR102019381B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/15—Failure diagnostics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 고장 신호 전달 장치는, 제 1 고장 신호에 응답하여 발진 신호를 발생하는 오실레이터, 상기 발진 신호를 전송하는 제 1 캐패시터, 제 1 접지단과 제 2 접지단 사이에 연결된 제 2 캐패시터, 노드와 상기 제 2 접지단 사이에 연결된 제 3 캐패시터, 상기 제 1 캐패시터와 상기 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 캐패시터의 출력신호를 정류하는 다이오드, 및 상기 노드의 전압에 의거하여 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 트랜지스터를 포함할 수 있다.

Description

고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템{APPARATUS FOR TRANSMITTING FAULT SIGNAL AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM THEREOF}
본 발명은 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC(integrated circuit)의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 요구된다. 일반적으로 차량용 배터리 관리 시스템(BMS)은, 마이컴(MICOM)과 배터리 셀들을 모니터링 하는 복수의 셀 센싱(cell sensing) ICs(integrated circuits)를 포함한다.
공개특허: 10-2016-0111241, 공개일: 2016년 09월 26일, 제목: 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템. 공개특허: 10-2013-0047502, 공개일: 2013년 05월 08일, 제목: 전기 자동차의 고전압 셀센싱 집적회로 고장진단 기법. 일본등록특허: JP 5299397, 등록일: 2013년 06월 28일, 제목: 전지 상태 감시 장치.
본 발명의 목적은 1차측과 2차측을 절연시키면서 고장 신호를 전송하는 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전달 장치는, 제 1 고장 신호에 응답하여 발진 신호를 발생하는 오실레이터; 상기 발진 신호를 전송하는 제 1 캐패시터; 제 1 접지단과 제 2 접지단 사이에 연결된 제 2 캐패시터; 노드와 상기 제 2 접지단 사이에 연결된 제 3 캐패시터; 상기 제 1 캐패시터와 상기 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 캐패시터의 출력신호를 정류하는 다이오드; 및 상기 노드의 전압에 의거하여 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 트랜지스터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 고장 신호에 응답하여 제 1 전원 전압을 레귤레이팅하고, 상기 레귤레이팅된 전압을 상기 오실레이터에 제공하는 전압 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 전압 레귤레이터는 LDO(low dropout) 레귤레이터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 고장 신호에 응답하여 턴온하는 제 1 트랜지스터; 및 상기 제 1 트랜지스터의 턴온 여부에 따라 상기 제 1 전원 전압을 상기 전압 레귤레이터에 제공하는 제 2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 1 고장 신호를 인가 받는 베이스 및 상기 제 1 접지단에 연결된 콜렉터를 갖는 n-p-n 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 2 트랜지스터는 상기 n-p-n 트랜지스터의 에미터에 연결된 게이트, 상기 제 1 전원 전압을 공급하는 제 1 전원단에 연결된 드레인, 및 상기 전압 레귤레이터에 연결된 소스를 갖는 PMOS(p-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 노드와 상기 출력 트랜지스터의 베이스 사이에 연결된 게이트 저항을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 출력 트랜지스터는 상기 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 노드에 연결된 드레인 및 상기 제 2 접지단에 연결된 소스를 갖는 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 제 2 전원 전압을 공급하는 제 2 전원단과 상기 출력 노드 사이에 연결된 풀업 저항을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 2 전원 전압은 상기 제 1 전원 전압보다 낮을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제 1 전원 전압에 의해 구동하는 1차측 회로, 및 상기 제 1 전원 전압보다 낮은 제 2 전원 전압에 의해 구동하는 2차측 회로를 포함하는 배터리 관리 시스템은: 상기 1차측 회로는, 제 1 고장 신호에 응답하여 발진 신호를 발생하는 오실레이터; 상기 발진 신호를 전송하는 제 1 캐패시터; 및 제 1 접지단과 제 2 접지단 사이에 연결된 제 2 캐패시터를 포함하고, 상기 2차측 회로는, 노드와 상기 제 2 접지단 사이에 연결된 제 3 캐패시터; 상기 제 1 캐패시터와 상기 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 캐패시터의 출력신호를 정류하는 다이오드; 및 상기 노드의 전압에 의거하여 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 트랜지스터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 1차측 회로는, 상기 오실레이터에 상기 제 1 전원 전압을 레귤레이팅 시킨 전압을 제공하는 전압 레귤레이터; 상기 제 1 고장 신호에 응답하여 턴온하는 제 1 트랜지스터; 및 상기 제 1 트랜지스터의 턴온 여부에 따라 상기 제 1 전원 전압을 상기 전압 레귤레이터에 제공하는 제 2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 2 고장 신호에 응답하여 릴레이를 제어함으로써 배터리팩에 제공되는 전압을 차단시킬 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 2차측 회로는, 상기 노드와 상기 출력 트랜지스터의 베이스 사이에 연결된 게이트 저항; 및 상기 제 2 전원 전압을 공급하는 제 2 전원단과 상기 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 노드 사이에 연결된 풀업 저항을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 출력 트랜지스터는 상기 출력 노드에 연결된 드레인 및 상기 제 2 접지단에 연결된 소스를 갖는 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 직렬 연결된 배터리 셀들 중에서 적어도 2개의 배터리 셀들을 모니터링하고, 제 1 고장 신호를 출력하는 센싱 집적회로들; 및 상기 센싱 집적회로들로부터 제 1 고장 신호를 수신 받고, 제 2 고장 신호를 발생하고, 상기 제 2 고장 신호에 응답하여 상기 배터리 셀들에 배터리 전압을 공급하는 릴레이를 차단시키는 배터리 관리 시스템 제어기를 포함하고, 상기 센싱 집적회로들의 각각은, 상기 제 1 고장 신호에 응답하여 발진 신호를 발생하는 오실레이터; 상기 발진 신호를 전송하는 제 1 캐패시터; 및 제 1 접지단과 제 2 접지단 사이에 연결된 제 2 캐패시터를 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템 제어기는, 노드와 상기 제 2 접지단 사이에 연결된 제 3 캐패시터; 상기 제 1 캐패시터와 상기 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 캐패시터의 출력신호를 정류하는 다이오드; 및 상기 노드의 전압에 의거하여 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 트랜지스터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 센싱 집적회로들은 데이지-체인 방식으로 연결될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 고장 신호는 배터리 셀의 전압이 사전에 결정된 값 이상일 때 발생될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 센싱 집적회로들의 각각은, 상기 오실레이터에 제 1 전원 전압을 레귤레이팅 시킨 전압을 제공하는 전압 레귤레이터; 상기 제 1 고장 신호에 응답하여 턴온하는 제 1 트랜지스터; 및 상기 제 1 트랜지스터의 턴온 여부에 따라 상기 제 1 전원 전압을 상기 전압 레귤레이터에 제공하는 제 2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템 제어기는, 상기 노드와 상기 출력 트랜지스터의 베이스 사이에 연결된 게이트 저항; 및 제 2 전원 전압을 공급하는 제 2 전원단과 상기 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 노드 사이에 연결된 풀업 저항을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 트랜지스터는 n-p-n 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 2 트랜지스터 및 상기 출력 트랜지스터의 각각은 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템은, 캐패시터를 이용하여 절연하면서 동시에 고장 신호를 전달할 수 있다. 이에 따라, 전원 레벨이 다른 부품 사이에서 고장 신호 전달 비용이 크게 절감될 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전달 장치를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전송 회로(100)에서 1차측 회로에서 2차측 회로로 전송되는 신호의 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 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.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
HEV(hybrid electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle), EV(electric vehicle) 등 은, 1차측 회로(셀 센싱 IC)에서 고장 신호(fault signal) 발생시, 발생된 고장 신호를 2차측 회로(BMS 제어기)에 전송함으로써 릴레이(relay)를 차단하는 고장 신호 전달 장치를 포함할 수 있다. 일반적으로 1차측 회로의 전원 전압의 레벨은 2차측 회로의 전원 전압의 레벨보다 높을 수 있다. 따라서, 고장 신호 전달 장치는 절연통신을 수행하도록 구현될 수 있다. 일반적인 고장 신호 전달 장치는, 오토커플러(opto-coupler), 디지털 절연기(digital isolator), 변압기(transformer) 등으로 구현된다. 하지만, 이러한 고장 신호 전달 장치는 마이컴(MICOM)에 의존하여 제어되며, 마이컴 고장시 제대로 동작하지 않는 문제점을 갖는다. 본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전달 장치는 마이컴에 의존하지 않으면서, 값싸게 절연 통신을 수행하도록 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전달 장치(100)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 고장 신호 전달 장치(100)는 1차측 회로(101)에 형성된 트랜지스터들(T1, PM1), 전압 레귤레이터(LDO, 112), 및 제 1 및 제 2 캐패시터들(C1, C2), 2차측 회로(102)에 형성된 다이오드(D), 캐패시터(C3), 출력 트랜지스터(PM2), 및 저항들(Rb, Ru)을 포함할 수 있다.
1차측 회로(101) 구성은 다음과 같다.
트랜지스터(T1)는 1차측 회로(101)에서 발생된 제 1 고장 신호(FLT1)를 수신하는 베이스를 갖는다. 실시 예에 있어서, 트랜지스터(T1)는 n-p-n 트랜지스터로 구현될 수 있다. 한편, 본 발명의 트랜지스터(T1)이 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.
트랜지스터(PM1)는 제 1 전원 전압(VCC1)에 연결된 드레인과 트랜지스터(T1)의 에미터에 연결된 게이트를 갖는다. 실시 예에 있어서, 트랜지스터(PM1)는 PMOS(p channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터로 구현될 수 있다.
전압 레귤레이터(LDO, 112)는 트랜지스터(PM1)의 소스에 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 전압 레귤레이터(112)는 로우 드랍아웃 레귤레이터(low dropout regulator)를 포함할 수 있다. 전압 레귤레이터(112)는 제 1 고장 신호(FLT1) 의 전압 레벨을 적절하게 조정할 수 있다.
오실레이터(114)는 전압 레귤레이터(112)의 출력 신호에 응답하여 발진 신호를 생성하도록 구현될 수 있다. 여기서 발진 신호는 소정 레벨을 중심으로 진동하는 신호일 수 있다.
제 1 캐패시터(C1: 절연 캐패시터)는 오실레이터(114)의 발진 신호를 수신하고, 2차측 회로로 발진 신호를 전달하도록 구현될 수 있다. 이때 제 1 캐패시터(C1)는 1차측 회로와 2차측 회로(102)를 절연시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제 1 캐패시터(C1)는 DC 전압은 차단하고 AC 전압만 바이패스 시키는 기능을 수행한다. 제 1 캐패시터(C1)는 1차측 회로(101)와 2차측 회로(102)의 절연을 유지하면서, 신호 전송이 필요할 때만 AC 신호를 통해 신호를 전송할 수 있다.
제 2 캐패시터(C2: 절연 캐패시터)는 1차측 회로(101)의 제 1 접지단(GND1)와 2차측 회로(102)의 제 2 접지단(GND2) 사이에 연결될 수 있다. 제 2 캐패시터(C2)는 오실레이터(114)의 전압이 리턴하는 패스(path) 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제 2 캐패시터(C2)는 2차측 회로(102)에 소정 레벨의 오실레이터(114)의 전압을 전송할 수 있다.
한편, 2차측 회로(102) 구성은 다음과 같다.
다이오드(D1)는 제 1 캐패시터(C1)과 노드(ND) 사이에 연결되고, 제 1 캐패시터(C1)로부터 발진 신호를 수신하고, 소정 레벨로 정류하도록 구현될 수 있다. 즉, 다이오드(D1)는 제 1 캐패시터(C1)으로부터 전송된 AC 신호를 DC 신호로 변환할 수 있다.
제 3 캐패시터(C3; '충전 캐패시터')는 노드(ND)와 제 2 접지단(GND2) 사이에 연결될 수 있다. 제 3 캐패시터(C3)는 게이트에 인가되는 전압을 안정화시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제 3 캐패시터(C3)는 게이트 전압을 충전할 수 있다.
출력 트랜지스터(PM2)는 게이트 전압에 의거하여 제 2 고장 신호(FLT2)를 출력하는 드레인과 제 2 접지단(GND2)에 연결된 소스를 포함할 수 있다. 여기서 제 2 고장 신호(FLT2)에 응답하여 릴레이(200)이 차단될 수 있다. 실시 예에 있어서, 출력 트랜지스터(PM2)는 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 출력 트랜지스터(PM2)가 반드시 PMOS 트랜지스터라고 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.
게이트 저항(Rg)은 노드(ND)와 출력 트랜지스터(PM2)의 게이트 사이에 연결될 수 있다. 풀업 저항(Ru)은 제 2 전원단(VCC2)와 출력 트랜지스터(PM2)의 드레인 사이에 연결될 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 절연 캐패시터(C1)와 출력 트랜지스터(PM2)의 게이트 사이에 저항이 연결되거나, 출력 트랜지스터(PM2)의 게이트와 소스 사이에 저항과 캐패시터가 병렬로 연결될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전송 회로(100)는, 1차측/2차측 절연을 시키기 위한 캐패시터(C1, C2), 2차측에서 DC 전압을 생성하고, 전압을 안정화시키기 위한 다이오드(D), 캐패시터(C3)를 구비함으로써, 마이컴의 제어 없이 절연시키면서 고장 신호를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전송 회로(100)는, 1차측과 2차측을 절연시키면서 신호 전송시키는 일반적인 오토커플러, 변압기와 비교하여 비용 절감을 꾀할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전송 회로(100)는 마이컴이 고장 상태에 있더라도 독립적으로 동작함으로써, 고장 조건에서 릴레이(200)를 차단시킬 수 있다. 이는 회로 리던던시, 기능안전 측면에서 장점이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고장 신호 전송 회로(100)에서 1차측 회로에서 2차측 회로로 전송되는 신호의 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 오실레이터에 출력된 발진 신호는 1차측의 제 1 캐패시터(C1)을 통과하면서 진폭(amplitude)을 줄이고, 이후, 2차측의 다이오드(D1)을 통과하면서, AC 전압을 제거시키고 소정 레벨의 DC 전압을 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(1000)을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 배터리 관리 시스템(1000)은, 복수의 센싱 IC(integrated circuit)들(1110, 1120, 1130, 1140) 및 BMC 제어기(1200)를 포함할 수 있다.
센싱 IC들(1110, 1120, 1130, 1140)의 각각은 배터리 팩(2000)의 직렬 연결된 적어도 2개의 배터리 셀들의 전압을 모니터링 하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 센싱 IC들(1110, 1120, 1130, 1140)의 각각은 모니터링 결과에 따른 고장 신호 여부를 발생할 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 센싱 IC들의 개수는 4이지만, 본 발명이 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.
센싱 IC들(1110, 1120, 1130, 1140)의 1차측 회로들(1111, 1121 1132, 1142)은 서로 데이지-체인(daisy-chain) 방식으로 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 센싱 IC들(1110, 1120, 1130, 1140)의 1차측 회로들(1112, 1122, 1132, 1142)의 각각은 도 1 에서 설명된 1차측 회로(101)를 포함하도록 구현될 수 있다.
실시 예에 있어서, 센싱 IC들(1110, 1120, 1130, 1140)의 각각은 배터리 셀의 전압이 사전에 결정된 값 이상일 때 고장 신호를 발생하도록 구현될 수 있다.
BMS 제어기(1200)는 배터리 관리 시스템(1000)의 전반적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. BMS 제어기(1200)는 2차측 회로(1210) 및 마이컴(1220)를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, BMS 제어기(1200)의 2차측 회로(1210)는 센싱 IC들(1110, 1120, 1130, 1140)로부터 고장 신호를 전송 수신하고, 릴레이를 차단하도록 구현될 수 있다. 2차측 회로(1210)는 도 1에 도시된 2차측 회로(102)로 구현될 수 있다.
마이컴(1220)은 마이컴은 BMS(1000)의 전체적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 마이컴(1220)은 마이크로콘트롤러(microcontroller, MCU)를 포함할 수 있다.
또한, 마이컴(1220)은 센싱 IC들(1110, 1120, 1130, 1140)로부터 디지털 신호들을 수신하고, 수신된 결과값, 주행 상태, 배터리 전체 전압, 모터 제어 유무 등 이용하여 배터리 고장을 종합적으로 진단하고, 진단 결과에 따라 셀 밸런싱 동작 혹은 배터리 전압 공급을 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이컴은 과전압(over voltage), 저전압(under voltage), 고온(over temperature), 과전류(over current), 저전류(under current), 오픈 로드(open load) 등을 알고리즘(소프트웨어/펌웨어)에 의거하여 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면 배터리 관리 시스템은 다음과 같이 동작할 수 있다.
1차측 회로(101)에서 제 1 고장 신호(FLT1)가 발생할 수 있다(S110). 1차측 회로(101)에서 제 1 고장 신호(FLT1)에 대응하는 발진 신호가 발생될 수 있다(S120). 이후 발진 신호는 절연 캐패시터(C1)를 통하여 2차측 회로(102)로 전송될 수 있다(S130). 2차측 회로(102)에서 수신된 발진 신호는 다이오드(D1)를 통해 소정 레벨의 디지털 신호로 변환될 수 있다(S140). 2차측(102)에서 다이오드(D1)의 출력값에 따라 제 2 고장 신호가 발생될 수 있다(S150). 제 2 고장 신호에 응답하여 릴레이는 차단될 수 있다(S160).
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
1000: 배터리 관리 시스템
1110, 1120, 1130, 1140: 센싱 IC
1200: BMC 제어기
100: 고장 신호 전달 장치
101: 1차측 회로
102: 2차측 회로
110: 전압 레귤레이터
120: 오실레이터
C1, C2, C3: 캐패시터
D1: 다이오드
Rb, Ru: 저항
T1, PM1, PM2: 트랜지스터
200: 릴레이

Claims (9)

  1. 배터리 관리 시스템의 고장 신호를 전달하는 고장 신호 장치에 있어서,
    제 1 고장 신호에 응답하여 발진 신호를 발생하는 오실레이터;
    상기 발진 신호를 전송하는 제 1 캐패시터;
    제 1 접지단과 제 2 접지단 사이에 연결된 제 2 캐패시터;
    노드와 상기 제 2 접지단 사이에 연결된 제 3 캐패시터;
    상기 제 1 캐패시터와 상기 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 캐패시터의 출력신호를 정류하는 다이오드; 및
    상기 노드의 전압에 의거하여 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 1 고장 신호에 응답하여 제 1 전원 전압을 레귤레이팅하고, 상기 레귤레이팅된 전압을 상기 오실레이터에 제공하는 전압 레귤레이터와, 상기 노드와 상기 출력 트랜지스터의 베이스 사이에 연결된 게이트 저항을 더 포함하는 고장 신호 전달 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 레귤레이터는 LDO(low dropout) 레귤레이터를 포함하는 고장 신호 전달 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고장 신호에 응답하여 턴온하는 제 1 트랜지스터; 및
    상기 제 1 트랜지스터의 턴온 여부에 따라 상기 제 1 전원 전압을 상기 전압 레귤레이터에 제공하는 제 2 트랜지스터를 더 포함하는 고장 신호 전달 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 1 고장 신호를 인가 받는 베이스 및 상기 제 1 접지단에 연결된 콜렉터를 갖는 n-p-n 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 2 트랜지스터는 상기 n-p-n 트랜지스터의 에미터에 연결된 게이트, 상기 제 1 전원 전압을 공급하는 제 1 전원단에 연결된 드레인, 및 상기 전압 레귤레이터에 연결된 소스를 갖는 PMOS(p-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터를 포함하는 고장 신호 전달 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 트랜지스터는 상기 제 2 고장 신호를 출력하는 출력 노드에 연결된 드레인 및 상기 제 2 접지단에 연결된 소스를 갖는 PMOS 트랜지스터를 포함하는 고장 신호 전달 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 2 전원 전압을 공급하는 제 2 전원단과 상기 출력 노드 사이에 연결된 풀업 저항을 더 포함하는 고장 신호 전달 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 전원 전압은 상기 제 1 전원 전압보다 낮은 고장 신호 전달 장치.
KR1020170127490A 2017-09-29 2017-09-29 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템 KR102019381B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170127490A KR102019381B1 (ko) 2017-09-29 2017-09-29 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170127490A KR102019381B1 (ko) 2017-09-29 2017-09-29 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190037793A KR20190037793A (ko) 2019-04-08
KR102019381B1 true KR102019381B1 (ko) 2019-11-04

Family

ID=66164237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170127490A KR102019381B1 (ko) 2017-09-29 2017-09-29 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102019381B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014176045A (ja) * 2013-03-13 2014-09-22 Panasonic Corp 半導体リレーの駆動装置及びそれを用いた半導体リレー
JP2014232635A (ja) 2013-05-29 2014-12-11 日産自動車株式会社 セル電圧測定装置
JP2015126572A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 三菱自動車工業株式会社 電動車両の異常検出装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0128665Y1 (ko) * 1995-07-31 1998-12-15 배순훈 전원공급장치의 출력회로
JP5299397B2 (ja) 2010-10-18 2013-09-25 株式会社デンソー 電池状態監視装置
KR20130047502A (ko) 2011-10-31 2013-05-08 현대오트론 주식회사 전기 자동차의 고전압 셀센싱 회로 고장진단 기법
KR101551062B1 (ko) * 2014-02-18 2015-09-07 현대자동차주식회사 배터리 셀 불량 진단 장치 및 방법
KR20160111241A (ko) 2015-03-16 2016-09-26 최대규 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014176045A (ja) * 2013-03-13 2014-09-22 Panasonic Corp 半導体リレーの駆動装置及びそれを用いた半導体リレー
JP2014232635A (ja) 2013-05-29 2014-12-11 日産自動車株式会社 セル電圧測定装置
JP2015126572A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 三菱自動車工業株式会社 電動車両の異常検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190037793A (ko) 2019-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10239409B2 (en) Energy supply system for a motor vehicle
US10164442B2 (en) Battery monitoring device
US10992165B2 (en) Redundant power supply system
US9269991B2 (en) Battery monitoring system and battery monitoring device
WO2013190611A1 (ja) リーク検出装置
TWI540815B (zh) 單線通信系統及實現方法
US10056653B2 (en) Battery management device and power supply device
US9977083B2 (en) Switched high-voltage sampling circuit for electric vehicles
KR20030089456A (ko) 충전장치 및 충전방법
JP2015506870A (ja) 車載電気システム、車載電気システムの制御装置、および、装置を備えた車両
US11843274B2 (en) Charge control apparatus for controlling charging of an energy storage device via purality of charging paths connected in parallel anssociated energy storage appartus, and an associated charging method
US11251790B2 (en) Power relay assembly for an electric vehicle and driving method thereof
US8963524B2 (en) Drive circuit for switching elements
JP2016213965A (ja) 電源供給装置
JP2019195249A (ja) 車両用電源システム
US9660521B2 (en) Power conversion circuit
US10081254B2 (en) Method for coupling at least one secondary energy source to an energy supply network, in particular an on-board vehicle power supply
KR102019381B1 (ko) 고장 신호 전달 장치 및 그것을 갖는 배터리 관리 시스템
JP2016213969A (ja) 電源供給装置
KR102187073B1 (ko) Fail-Safety 기능을 구비하는 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법
CN115580375B (zh) 一种信号传输电路以及控制方法
US11091107B2 (en) Connection unit and power supply system
US10050558B2 (en) Alternating current (AC) inverter and method of controlling the same
JP6541414B2 (ja) 電源供給装置
JP6264186B2 (ja) 電池パック

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant