KR102627843B1 - 배터리 관리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 상기 배터리 관리 장치는 상기 배터리 모듈에 구비된 복수의 배터리 셀 각각과 전기적으로 연결된 복수의 측정 채널을 구비하고, 상기 복수의 측정 채널로 인가된 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 복수의 배터리 셀 중 제1 배터리 셀의 양극 단자와 상기 복수의 측정 채널 중 제1 측정 채널을 전기적으로 연결시키는 제1 측정 라인, 상기 버스바와 상기 제1 측정 채널을 전기적으로 연결시키는 제2 측정 라인 및 상기 제2 측정 라인을 통전 또는 차단시키는 제1 스위칭 소자를 구비하는 측정 대상 변경부; 및 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태를 제어하고, 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 복수의 측정 채널 중에서 상기 제1 측정 채널을 제외한 다른 측정 채널에 인가된 전압에 기초하여 상기 버스바에 인가된 버스바 전압을 산출하는 프로세서를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS}
본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩의 입출력 단자에 설치된 버스바의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
최근에는, 고전압을 제공하기 위해, 버스바를 통해 직렬로 연결된 둘 이상의 배터리 모듈을 포함하고, 입출력 단자에 버스바를 설치하여 충방전되는 배터리 팩에 대한 수요가 증대되고 있다. 배터리 모듈 사이에 설치된 버스바의 일단은 어느 한 배터리 모듈의 양극 단자에 연결되고, 버스바의 타단은 다른 배터리 모듈의 음극 단자에 연결됨으로써, 두 배터리 모듈을 통한 전류의 경로가 제공될 수 있다. 또한, 배터리 팩의 입출력 단자에 설치된 버스바 중 어느 하나의 버스바는 최고 전위인 배터리 모듈의 양극 단자와 연결되고, 다른 하나의 버스바는 최저 전윈인 배터리 모듈의 음극 단자와 연결된다.
그런데, 외부로부터의 충격이나 버스바 자체의 노화 등으로 인해, 버스바와 배터리 모듈 간 연결 상태가 나빠질 수 있다. 예컨대, 버스바에 크랙이 발생하거나 버스바의 일 단부와 배터리 모듈의 단자 간의 접촉 면적이 줄어들면, 두 배터리 모듈 사이의 전류 경로의 저항(resistance)이 증가하여 발열이 심해질 수 있고, 심각한 경우에는 두 배터리 모듈이 전기적으로 완전히 분리되어 버릴 수 있다.
이에, 두 배터리 모듈 사이와 배터리 팩의 입출력 단자에 전류 경로를 제공하는 버스바의 고장을 적절히 진단할 수 있는 기술에 대한 필요성이 증대되고 있다.
이를 위하여, 종래의 버스바 진단 장치는, 버스바와 전압 측정부의 측정 채널을 전기적으로 연결하여 버스바의 전압을 측정하고, 측정된 버스바의 전압을 이용하여 버스바의 고장을 진단한다.
이 경우, 다수의 배터리 셀 각각의 전압, 배터리 셀 각각에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압 등을 측정하기 위한 전압 측정부의 측정 채널 중 일부를 버스바의 전압 측정을 위해 사용해야 한다.
이에 따라, 종래의 버스바 진단 장치는 다수의 배터리 모듈, 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하고, 버스바의 전압을 추가로 측정하기 위해 다수의 전압 측정부를 구비하여 측정 채널의 수를 증가시켜야 하는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀의 셀 전압을 측정하기 위한 전압 측정부의 측정 채널로 배터리 팩의 입출력 단자에 설치된 버스바의 전압을 측정할 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 버스바의 전압과 배터리 셀의 셀 전압에 기초하여 버스바의 고장을 진단할 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩의 입출력 단자에 전기적으로 연결된 버스바의 상태를 모니터링한다.
상기 배터리 관리 장치는 상기 배터리 모듈에 구비된 복수의 배터리 셀 각각과 전기적으로 연결된 복수의 측정 채널을 구비하고, 상기 복수의 측정 채널로 인가된 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 복수의 배터리 셀 중 제1 배터리 셀의 양극 단자와 상기 복수의 측정 채널 중 제1 측정 채널을 전기적으로 연결시키는 제1 측정 라인, 상기 버스바와 상기 제1 측정 채널을 전기적으로 연결시키는 제2 측정 라인 및 상기 제2 측정 라인을 통전 또는 차단시키는 제1 스위칭 소자를 구비하는 측정 대상 변경부; 및 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태를 제어하고, 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 복수의 측정 채널 중에서 상기 제1 측정 채널을 제외한 다른 측정 채널에 인가된 전압에 기초하여 상기 버스바에 인가된 버스바 전압을 산출하는 프로세서를 포함한다.
상기 프로세서는, 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태를 턴 온 상태로 제어하여 상기 버스바 전압을 산출할 수 있다.
상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 후, 상기 다른 측정 채널에 인가된 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 제1 배터리 셀을 제외한 다른 배터리 셀 각각의 셀 전압을 산출하고, 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 제1 배터리 셀의 음극 단자와 전기적으로 연결된 제2 측정 채널에 인가된 전압 간에 제1 전압차를 산출하며, 상기 제1 전압차와 상기 셀 전압을 이용하여 상기 버스바 전압을 산출할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 후 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어되기 전 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압 간에 제2 전압차를 이용하여 상기 버스바 전압을 산출할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압의 측정을 요청하는 셀 전압 측정 요청 신호가 수신되면 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태를 턴 오프 상태로 제어할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 오프 상태로 제어된 후, 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 제1 배터리 셀의 음극 단자와 전기적으로 연결된 제2 측정 채널에 인가된 전압 간에 제2 전압차를 상기 제1 배터리 셀의 셀 전압으로 산출할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는 상기 배터리 팩의 입출력 단자에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류 측정부를 더 포함한다.
상기 측정 대상 변경부는, 상기 제1 측정 라인을 통전 또는 차단시키는 제2 스위칭 소자를 구비한다.
상기 프로세서는, 상기 팩 전류와 상기 버스바 전압에 기초하여 상기 버스바의 고장 여부를 진단하고, 진단 결과에 기초하여 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 하나 이상의 동작 상태를 제어할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 버스바에 고장이 발생한 것으로 진단되면 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 동작 상태를 턴 오프로 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 관리 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 자동차는 상기 배터리 관리 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 셀의 셀 전압을 측정하기 위한 전압 측정부의 측정 채널로 배터리 팩의 입출력 단자에 설치된 버스바의 전압을 측정함으로써, 전압 측정부에 구비되어야 하는 측정 채널의 수를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 팩의 입출력 단자에 설치된 버스바의 고장을 적절히 진단할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 기능적 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 기능적 구성을 나타낸 회로도이다.
도 3 및 도 4는 제1 스위칭 소자의 동작 상태에 따른 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 기능적 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 기능적 구성을 나타낸 회로도이다.
도 7은 제1 스위칭 소자 및 제2 스위치 소자의 동작 상태에 따른 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 기능적 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 기능적 구성을 나타낸 회로도이고, 도 3 및 도 4는 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태에 따른 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 배터리 팩(1)은, 제1 입출력 단자(P+), 제2 입출력 단자(P-), 제1 배터리 모듈(11), 제2 배터리 모듈(12), 버스바(20), 컨택터(30) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함한다.
제1 배터리 모듈(11)은, 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n)을 구비한다. 제2 배터리 모듈(12)은, 복수의 배터리 셀(C21, ..., C2n)을 구비한다. 제1 배터리 모듈(11)은, 양극 단자(11a) 및 음극 단자(11b)를 포함한다. 제2 배터리 모듈(12)은, 양극 단자(12a) 및 음극 단자(12b)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 2개의 배터리 모듈을 포함하는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 하나 이상의 배터리 모듈이 포함될 수도 있다. 즉, 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 하나의 배터리 모듈을 포함하거나 셋 이상의 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
버스바(20)는, 배터리 팩(1)의 고전위측 또는 저전위측에 설치된다. 버스바(20)는 배터리 팩(1)의 제1 입출력 단자(P+) 또는 제2 입출력 단자(P-)에 전기적으로 연결된다. 여기서, 고전위측은 제1 배터리 모듈(11)의 양극 단자(11a)와 제1 입출력 단자(P+) 사이의 대전류 경로이고, 저전위측은 제2 배터리 모듈(12)의 음극 단자(12b)와 제2 입출력 단자(P-) 사이의 대전류 경로일 수 있다.
또한, 버스바(20)는 후술되는 컨택터(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 버스바(20)는 배터리 팩(1)의 고전위측에 설치된 컨택터(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 버스바(20)는 일단이 제1 배터리 모듈(11)의 양극 단자(11a)와 전기적으로 연결되고, 타단이 컨택터(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
컨택터(30)는, 배터리 팩(1)의 고전위측 또는 저전위측에 설치된다. 컨택터(30)는, 후술되는 배터리 관리 장치(100)의 프로세서(130)로부터의 스위칭 신호에 따라 동작 상태가 턴 온 또는 턴 오프된다.
컨택터(30)가 턴 온되어 있는 동안, 배터리 팩(1)의 대전류 경로를 팩 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 반면, 컨택터(30)가 턴 오프되어 있는 동안, 배터리 팩(1)의 대전류 경로를 통한 팩 전류의 흐름은 차단된다.
배터리 관리 장치(100)는, 전압 측정부(110), 측정 대상 변경부(120) 및 프로세서(130)를 포함한다. 배터리 관리 장치(100)는, 통신부(140)를 더 포함할 수 있다.
전압 측정부(110)는, ASICs(application specific integrated circuits) 등을 이용하여 구현되는 것으로서, 제1 배터리 모듈(11)에 구비된 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각과 전기적으로 연결된 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn + 1)을 구비하고, 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각으로부터 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn +1)에 인가된 전압을 측정한다.
이를 위하여, 전압 측정부(110)는 적어도 하나의 전압 센서(미도시)를 더 구비할 수 있다.
복수의 측정 채널(S1, ..., Sn + 1)은 제1 배터리 모듈(11)에 구비된 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각과 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn +1) 중에서 제1 측정 채널(S1)은 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 중에서 고전위측에 위치하는 배터리 셀 "C11"의 양극 단자와 전기적으로 연결된다. 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn +1) 중에서 제2 내지 제n 측정 채널(S2, ..., Sn)은 배터리 셀 "C12" 내지 "C1n" 사이에 각각 전기적으로 연결된다. 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn +1) 중에서 제n+1 측정 채널(Sn + 1)은 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 중에서 저전위측에 위치하는 배터리 셀 "C1n"의 음극 단자와 전기적으로 연결된다.
예를 들어, 제1 배터리 모듈(11)에 배터리 셀(C11, C12)이 2개 구비되는 경우, 전압 측정부(110)는 3개의 측정 채널(S1, S2, S3)을 구비할 수 있다. 이때, 3개의 측정 채널(S1, S2, S3) 중에서 제1 측정 채널(S1)은 2개의 배터리 셀(C11, C12) 중에서 고전위측에 위치하는 배터리 셀 "C11"의 양극 단자와 전기적으로 연결된다. 3개의 측정 채널(S1, S2, S3) 중에서 제2 측정 채널(S2)은 배터리 셀 "C12"과 배터리 셀 "C12" 사이에 전기적으로 연결된다. 3개의 측정 채널(S1, S2, S3) 중에서 제3 측정 채널(S3)은 2개의 배터리 셀(C11, C12) 중에서 저전위측에 위치하는 배터리 셀 "C12"의 음극 단자와 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 제1 측정 채널(S1)에는 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각의 셀 전압이 합성된 전압이 인가될 수 있다.
전압 측정부(110)는, 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn +1) 각각에 인가된 전압을 나타내는 신호를 프로세서(130)에게 출력할 수 있다.
측정 대상 변경부(120)는 제1 측정 라인(121), 제2 측정 라인(122) 및 제1 스위칭 소자를구비한다.
제1 측정 라인(121)은 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 중 제1 배터리 셀(C11)의 양극 단자와 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn +1) 중 제1 측정 채널(S1)을 전기적으로 연결시킨다. 이를 위하여, 제1 측정 라인(121)의 일단은 제1 배터리 모듈(11)의 양극 단자(11a)와 전기적으로 연결되어 제1 배터리 셀(C11)의 양극 단자와 전기적으로 연결된다. 또한, 제1 측정 라인(121)의 일단은 버스바(20)의 일단과 전기적으로 연결된다. 제1 측정 라인(121)의 타단은 제1 측정 채널(S1)과 전기적으로 연결된다.
제2 측정 라인(122)은 버스바(20)와 제1 측정 채널(S1)을 전기적으로 연결시킨다. 이를 위하여, 제2 측정 라인(122)의 일단은 버스바(20)의 타단과 전기적으로 연결된다. 제2 측정 라인(122)의 타단은 제1 측정 채널(S1)과 전기적으로 연결된다.
제1 스위칭 소자(123)는, 제2 측정 라인(122)을 통전 또는 차단시킨다. 구체적으로, 제1 스위칭 소자(123)는, 제2 측정 라인(122)에 설치된다. 제1 스위칭 소자(123)는, 후술되는 배터리 관리 장치(100)의 프로세서(130)로부터의 스위칭 신호에 따라 동작 상태가 턴 온 또는 턴 오프된다.
제1 스위칭 소자(123)가 턴 온되어 있는 동안, 제1 측정 라인(121)에는 전류가 흐르지 않고 제2 측정 라인(122)에 흐름으로써, 제1 측정 채널(S1)에는 버스바(20)의 타단에 인가된 전압이 인가된다.
반대로, 제1 스위칭 소자(123)가 턴 오프되어 있는 동안, 제2 측정 라인(122)에 전류가 차단되어 제1 측정 라인(121)에 전류가 흐름으로써, 제1 측정 채널(S1)에는 제1 배터리 셀(C11)의 양극 단자의 전압이 인가된다. 여기서, 제1 스위칭 소자(123)가 턴 오프되어 있는 동안, 제1 측정 채널(S1)에 인가되는 전압은 제1 배터리 셀(C11)의 양극 단자에 인가된 전압과 동일한 제1 배터리 모듈(11)의 양극 단자(11a)의 전압일 수 있다.
프로세서(130)는, 전압 측정부(110) 및 측정 대상 변경부(120)에 동작 가능하게 결합된다. 프로세서(130)는, 컨택터(30) 및 통신부(140)와도 동작 가능하게 결합될 수 있다.
프로세서(130)는, 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각의 셀 전압의 측정을 요청하는 셀 전압 측정 요청 신호가 수신되면 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 턴 오프 상태로 제어한다.
이후, 프로세서(130)는, 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn+1) 중에서 인접한 측정 채널에 인가된 전압 간의 전압차를 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각의 셀 전압으로 산출한다. 구체적으로, 프로세서(130)는 제n 측정 채널(Sn)과 제n+1 측정 채널(Sn+1) 각각에 인가된 전압의 전압차 제n 배터리 셀(C1n)의 셀 전압으로 산출한다. 여기서, n은 1이상의 상수일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 제2 측정 채널(S2)과 제3 측정 채널(S3) 각각에 인가된 전압의 전압차를 제2 배터리 셀(C12)의 셀 전압으로 산출한다.
이때, 프로세서(130)는, 제1 배터리 셀(C11)의 셀 전압을 산출하기 위해 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 제어한다. 구체적으로, 프로세서(130)는 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 턴 오프로 제어하고, 제1 측정 채널(S1)과 제2 측정 채널(S2) 각각에 인가된 전압의 전압차를 제1 배터리 셀(C11)의 셀 전압으로 산출한다.
한편, 프로세서(130)는, 버스바(20)의 버스바 전압의 측정을 요청하는 버스바 전압 측정 요청 신호가 수신되면 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 턴 오프 또는 턴 온 상태로 제어한다.
프로세서(130)는, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 제어하고, 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압과 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn+1) 중에서 제1 측정 채널(S1)을 제외한 다른 측정 채널(S2, ..., Sn + 1)에 인가된 전압에 기초하여 버스바(20)에 인가된 버스바 전압을 산출한다. 여기서, 버스바 전압은 버스바(20)의 일단과 타단 사이에 인가된 전압일 수 있다.
프로세서(130)는, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 턴 온 상태로 제어한 이후, 버스바 전압을 산출한다.
구체적으로, 프로세서(130)는, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 후, 다른 측정 채널(S2, ..., Sn + 1)에 인가된 전압에 기초하여 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 중에서 제1 배터리 셀(C11)을 제외한 다른 배터리 셀(C12, ..., C1n) 각각의 셀 전압을 산출한다.
이후, 프로세서(130)는, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 상태에서, 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압과 제1 배터리 셀(C11)의 음극 단자와 전기적으로 연결된 제2 측정 채널(S2)에 인가된 전압 간에 제1 전압차를 산출한다.
다음으로, 프로세서(130)는, 산출된 제1 전압차와 셀 전압을 이용하여 버스바 전압을 산출한다.
이때, 프로세서(130)는, 다른 배터리 셀(C12, ..., C1n) 각각의 셀 전압의 셀 전압 평균을 산출하고, 제1 전압차와 셀 전압 평균 간의 전압차를 버스바 전압으로 산출한다.
프로세서(130)가 제1 스위칭 소자(123)를 턴 온 상태로 제어하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 측정 채널(S1)에는 모든 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각의 셀 전압과 버스바(20)에 인가된 버스바 전압이 합성된 전압이 인가되고, 제2 측정 채널(S2)에는 제1 배터리 셀(C1)을 제외한 다른 배터리 셀(C12, ..., C1n) 각각의 셀 전압이 합성된 전압이 인가된다. 이에 따라, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 상태에서, 프로세서(130)로부터 산출되는 제1 전압차는 제1 배터리 셀(C1)의 셀 전압과 버스바 전압이 합성된 전압일 수 있다.
한편, 동일한 배터리 모듈에 구비된 복수의 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각의 셀 전압은 소정의 전압차를 갖으므로, 제1 배터리 셀(C11)을 제외한 다른 배터리 셀(C12, ..., C1n) 각각의 셀 전압의 셀 전압 평균은 제1 배터리 셀(C11)으로 추정될 수 있다.
이를 이용하여, 프로세서(130)는, 제1 전압차와 셀 전압 평균 간의 전압차를 버스바 전압으로 산출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100) 대비 프로세서(130'')가 버스바 전압을 산출하는 과정만이 상이할 수 있다.
구체적으로, 다른 실시예에 따른 프로세서(130'')는, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 후 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압과 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어되기 전 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압 간에 제2 전압차를 이용하여 버스바 전압을 산출할 수 있다.
구체적으로, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는, 버스바 전압 측정 요청 신호를 수신하면, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 턴 온 상태로 제어하기 전에 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압을 저장한다. 즉, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 오프 상태에서 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압을 저장한다.
이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태를 턴 온 상태로 제어하고, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태에서 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압을 저장한다.
상술한 바와 같이, 프로세서(130')가 제1 스위칭 소자(123)를 턴 온 상태로 제어하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 측정 채널(S1)에는 모든 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각의 셀 전압과 버스바(20)에 인가된 버스바 전압이 합성된 전압이 인가된다. 반대로, 프로세서(130')가 제1 스위칭 소자(123)를 턴 오프 상태로 제어하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 측정 채널(S1)에는 모든 배터리 셀(C11, ..., C1n) 각각의 셀 전압만이 합성된 전압이 인가된다.
이를 이용하여, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는, 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 후 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압과 제1 스위칭 소자(123)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어되기 전 제1 측정 채널(S1)에 인가된 전압 간에 제2 전압차를 버스바 전압으로 산출한다.
이러한 본 발명에 따르면, 배터리 모듈에 구비된 다수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하기 위한 전압 측정부(110)의 측정 채널 중에서 어느 하나의 측정 채널을 버스바 전압 측정에 이용함으로써, 한정된 수의 측정 채널을 구비하는 전압 측정부(110)를 활용하여 버스바 전압을 측정할 수 있다.
프로세서(130, 130')는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 프로세서(130, 130')에는 메모리가 내장될 수 있다. 메모리에는, 후술할 방법을 실행하기 위한 프로그램 및 각종 데이터가 저장될 수 있다. 메모리는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
통신부(140)는, 프로세서(130)와 외부 디바이스(2) 사이의 양방향 통신을 지원하도록 구성된다. 통신부(140)는, 프로세서(130)로부터 산출된 버스바 전압을 나타내는 메시지를 외부 디바이스(2)에게 전송할 수 있다. 통신부(140)는, 외부 디바이스(2)로부터의 명령을 프로세서(130)에게 전송할 수 있다.
이하, 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100")에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100")의 기능적 구성을 나타낸 블록도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100")를 포함하는 배터리 팩(1)의 기능적 구성을 나타낸 회로도이고, 도 7은 제1 스위칭 소자(123) 및 제2 스위치 소자(124")의 동작 상태에 따른 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100")는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100) 대비 측정 대상 변경부(120")의 구성과 프로세서(130")의 역할이 일부 상이하고, 전류 측정부(150")가 더 포함될 수 있다. 이외, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100")에 포함되는 구성요소 및 역할은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)와 동일할 수 있다. 따라서 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100")의 측정 대상 변경부(120")는 제1 측정 라인(121), 제2 측정 라인(122), 제1 스위칭 소자(123) 및 제2 스위칭 소자(124")를 구비한다.
제2 스위칭 소자(124")는, 제1 측정 라인(121)을 통전 또는 차단시킨다. 구체적으로, 제2 스위칭 소자(124")는, 제1 측정 라인(121)에 설치된다. 제2 스위칭 소자(124")는, 프로세서(130")로부터의 스위칭 신호에 따라 동작 상태가 턴 온 또는 턴 오프된다.
이때, 제2 스위칭 소자(124")가 턴 온 또는 턴 오프되어 있고, 제1 스위칭 소자(123)가 턴 온되어 있는 동안, 제1 측정 라인(121)에는 전류가 흐르지 않고 제1 측정 라인(121)에 흐름으로써, 제1 측정 채널(S1)에는 버스바(20)의 타단에 인가된 전압이 인가된다.
또한, 제2 스위칭 소자(124")가 턴 온되어 있고, 제1 스위칭 소자(123)가 턴 오프되어 있는 동안, 제2 측정 라인(122)에 전류가 차단되어 제1 측정 라인(121)에 전류가 흐름으로써, 제1 측정 채널(S1)에는 제1 배터리 셀(C11)의 양극 단자의 전압이 인가된다.
또한, 제2 스위칭 소자(124")와 제1 스위칭 소자(123)가 턴 오프되어 있는 동안, 제1 측정 라인(121)과 제2 측정 라인(122)에 전류가 차단되어 제1 측정 채널(S1)에는 전압이 인가되지 않는다.
또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 일 실시예에 따른 프로세서(130) 또는 다른 실시예에 따른 프로세서(130')와 동일한 방법으로 버스바(20)의 버스바 전압을 산출할 수 있다.
다만, 또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 제1 스위칭 소자(123) 외에 제2 스위칭 소자(124")를 더 제어하고, 이에 따라 전압 측정부(110)의 복수의 복수의 측정 채널(S1, ..., Sn + 1)에 인가된 전압 중 하나 이상을 이용하여 버스바(20)의 버스바 전압을 산출할 수 있다.
전류 측정부(150")는, 배터리 팩(1)의 대전류 경로를 통해 흐르는 팩 전류를 측정한다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 전류 측정부(150")는, 제2 배터리 모듈(12)의 음극 단자(12b)와 제2 입출력 단자(P-) 사이에 설치될 수 있다. 물론, 전류 측정부(150")는, 제1 배터리 모듈(11)의 양극 단자(11a)와 제1 입출력 단자(P+) 사이에 설치될 수도 있다. 전류 측정부(150")는, 측정된 팩 전류를 나타내는 전류 신호를 프로세서(130")에게 출력한다.
또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 산출된 버스바 전압과 측정된 팩 전류에 기초하여 버스바(20)의 고장 여부를 진단한다.
구체적으로, 또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 산출된 버스바 전압과 측정된 팩 전류를 이용하여 버스바(20)의 버스바 저항을 산출하고, 산출된 버스바 저항이 기준 저항의 대소를 비교하여 버스바(20)의 고장 여부를 진단한다.
이때, 또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 하기의 수학식 1을 이용하여 버스바 저항을 산출한다.
<수학식 1>
Rb=Vb/Ip
여기서, Rb는 버스바 저항이고, Vb는 버스바 전압이고, Ip는 팩 전류이다.
또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 산출된 버스바 저항이 기준 저항을 초과하면 버스바(20)에 고장이 발생한 것으로 진단한다. 반대로, 또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 산출된 버스바 저항이 기준 저항 미만이면 버스바(20)에 고장이 발생하지 않은 것으로 진단한다.
여기서, 고장은 버스바(20)에 크랙(Crack)이 발생하거나 배터리 팩(1)의 팩 케이스에 버스바(20)가 밀착되지 않고 이격된 상태를 의미할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 버스바(20)의 고장 여부에 대한 진단 결과에 기초하여 제1 스위칭 소자(123)와 제2 스위칭 소자(124") 중 하나 이상의 동작 상태를 제어한다.
구체적으로, 또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 버스바(20)에 고장이 발생한 것으로 진단하면, 제1 스위칭 소자(123)와 제2 스위칭 소자(124")의 동작 상태를 턴 오프로 제어한다. 이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(110)의 제1 측정 채널(S1)에는 버스바 전압이 인가되지 않을 수 있다.
반대로, 또 다른 실시예에 따른 프로세서(130")는 버스바(20)에 고장이 발생하지 않은 것으로 진단하면, 제1 스위칭 소자(123)와 제2 스위칭 소자(124")의 동작 상태 모두를 턴 오프로 제어하지 않는다.
이러한 본 발명에 따르면, 버스바(20)에 고장이 발생하면 제1 스위칭 소자(123)와 제2 스위칭 소자(124")의 동작 상태를 턴 오프로 제어함으로써, 고장이 발생하여 저항값이 증가함에 따라 버스바(20)에 인가된 고전압이 전압 측정부(110)의 제1 측정 채널(S1)에 인가되는 현상을 방지할 수 있다.
통신부(140)는, 프로세서(130")로부터의 진단 결과를 나타내는 진단 메시지를 외부 디바이스(2)에게 전송할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 배터리 팩
11: 제1 배터리 모듈
12: 제2 배터리 모듈
20: 버스바
30: 컨택터
100, 100": 배터리 관리 장치
110: 전압 측정부
120, 120": 측정 대상 변경부
130, 130', 130": 프로세서
140: 통신부
150: 전류 측정부

Claims (10)

  1. 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩의 입출력 단자에 전기적으로 연결된 버스바의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 장치에 있어서,
    상기 배터리 모듈에 구비된 복수의 배터리 셀 각각과 전기적으로 연결된 복수의 측정 채널을 구비하고, 상기 복수의 측정 채널로 인가된 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 복수의 배터리 셀 중 제1 배터리 셀의 양극 단자와 상기 복수의 측정 채널 중 제1 측정 채널을 전기적으로 연결시키는 제1 측정 라인, 상기 버스바와 상기 제1 측정 채널을 전기적으로 연결시키는 제2 측정 라인 및 상기 제2 측정 라인을 통전 또는 차단시키는 제1 스위칭 소자를 구비하는 측정 대상 변경부; 및
    상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태를 제어하고, 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 복수의 측정 채널 중에서 상기 제1 측정 채널을 제외한 다른 측정 채널에 인가된 전압에 기초하여 상기 버스바에 인가된 버스바 전압을 산출하는 프로세서를
    포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태를 턴 온 상태로 제어하여 상기 버스바 전압을 산출하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 후, 상기 다른 측정 채널에 인가된 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 제1 배터리 셀을 제외한 다른 배터리 셀 각각의 셀 전압을 산출하고, 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 제1 배터리 셀의 음극 단자와 전기적으로 연결된 제2 측정 채널에 인가된 전압 간에 제1 전압차를 산출하며, 상기 제1 전압차와 상기 셀 전압을 이용하여 상기 버스바 전압을 산출하는 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어된 후 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어되기 전 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압 간에 제2 전압차를 이용하여 상기 버스바 전압을 산출하는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압의 측정을 요청하는 셀 전압 측정 요청 신호가 수신되면 상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태를 턴 오프 상태로 제어하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 스위칭 소자의 동작 상태가 턴 오프 상태로 제어된 후, 상기 제1 측정 채널에 인가된 전압과 상기 제1 배터리 셀의 음극 단자와 전기적으로 연결된 제2 측정 채널에 인가된 전압 간에 제2 전압차를 상기 제1 배터리 셀의 셀 전압으로 산출하는 배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 입출력 단자에 흐르는 팩 전류를 측정하는 전류 측정부를
    더 포함하고,
    상기 측정 대상 변경부는
    상기 제1 측정 라인을 통전 또는 차단시키는 제2 스위칭 소자를 구비하고,
    상기 프로세서는
    상기 팩 전류와 상기 버스바 전압에 기초하여 상기 버스바의 고장 여부를 진단하고, 진단 결과에 기초하여 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 하나 이상의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 버스바에 고장이 발생한 것으로 진단되면 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 동작 상태를 턴 오프로 제어하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 자동차.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11703547B2 (en) * 2018-04-03 2023-07-18 Maxim Integrated Products, Inc. Software-configurable battery management systems and methods
KR20220045701A (ko) * 2020-10-06 2022-04-13 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 장치 및 셀 전압 측정 방법
KR20220048213A (ko) * 2020-10-12 2022-04-19 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법
US20230152388A1 (en) * 2020-11-27 2023-05-18 Lg Energy Solution, Ltd. Battery Diagnosis Apparatus, Battery Diagnosis Method, Battery Pack, and Vehicle
KR102580396B1 (ko) * 2020-12-16 2023-09-20 현대모비스 주식회사 저항 검출 기능을 구비한 배터리 관리 시스템, 및 배터리 셀 사이의 저항 검출 방법
KR20220086231A (ko) 2020-12-16 2022-06-23 현대모비스 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그것의 배터리 셀 전압 측정 방법
KR20220105949A (ko) * 2021-01-21 2022-07-28 주식회사 엘지에너지솔루션 버스바 진단 장치, 배터리 팩, 에너지 저장 시스템 및 버스바 진단 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120112785A1 (en) * 2010-11-10 2012-05-10 Denso Corporation Voltage detection device and system

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7772803B2 (en) * 2007-01-07 2010-08-10 Enerdel, Inc. Method and system to measure series-connected cell voltages using a flying capacitor
US20090079418A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Stegen James A Systems and Methods for Monitoring Voltage
JP5272978B2 (ja) * 2009-09-02 2013-08-28 三菱自動車工業株式会社 バッテリ装置
KR101084211B1 (ko) 2009-11-20 2011-11-17 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 및 배터리 팩의 충전 제어 방법
JP5508180B2 (ja) 2010-08-02 2014-05-28 日立ビークルエナジー株式会社 蓄電装置、蓄電装置の充放電方法、蓄電装置の運転方法および車両
KR101182923B1 (ko) 2010-12-01 2012-09-13 삼성에스디아이 주식회사 아날로그 스위치, 이를 갖는 배터리 팩 및 배터리 전압 측정 방법
KR101310733B1 (ko) 2011-01-07 2013-09-24 주식회사 엘지화학 배터리 팩 관리 장치 및 방법
KR101473397B1 (ko) * 2012-06-07 2014-12-16 주식회사 엘지화학 배터리 팩의 전류센서 이상 진단 장치 및 방법
KR20140055065A (ko) * 2012-10-30 2014-05-09 주식회사 엘지화학 배터리 팩 관리 장치 및 방법
JP5907050B2 (ja) 2012-12-10 2016-04-20 株式会社デンソー 電池システム
JP5989620B2 (ja) * 2013-09-17 2016-09-07 株式会社東芝 組電池モジュール及び断線検出方法
JP6442822B2 (ja) * 2013-10-01 2018-12-26 株式会社Ｇｓユアサ 異常判定装置
KR20150094167A (ko) * 2014-02-10 2015-08-19 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템
KR101655377B1 (ko) * 2014-12-05 2016-09-07 현대오트론 주식회사 배터리 버스바의 고장 진단 장치 및 방법
US10620274B2 (en) * 2014-12-10 2020-04-14 Datang NXP Semiconductor Co., Ltd. Method and apparatus for contact detection in battery packs
KR101785537B1 (ko) * 2015-02-26 2017-10-16 주식회사 엘지화학 이차 전지 관리 장치의 기능 검증 시스템
KR101749731B1 (ko) 2015-03-10 2017-07-03 주식회사 엘지화학 양방향 버스 바 체결 상태 확인 장치 및 방법
JP6558204B2 (ja) * 2015-10-21 2019-08-14 株式会社デンソー 異常判定装置
WO2018051574A1 (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 三洋電機株式会社 管理装置および電源システム
KR101856067B1 (ko) 2016-11-09 2018-05-09 현대오트론 주식회사 배터리 관리 시스템의 센싱 정밀도 진단 장치 및 방법
KR102398245B1 (ko) * 2017-02-06 2022-05-13 에스케이온 주식회사 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법
KR102106344B1 (ko) 2017-02-28 2020-05-04 주식회사 유라코퍼레이션 복수의 배터리 셀들의 과충전을 방지하기 위한 배터리 보호 모듈 및 배터리 모듈
KR20180107983A (ko) 2017-03-23 2018-10-04 한국전자통신연구원 가상화 플랫폼 생성 및 실행 장치 및 그 방법
US11703547B2 (en) * 2018-04-03 2023-07-18 Maxim Integrated Products, Inc. Software-configurable battery management systems and methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120112785A1 (en) * 2010-11-10 2012-05-10 Denso Corporation Voltage detection device and system
JP2012103108A (ja) * 2010-11-10 2012-05-31 Denso Corp 電圧検出装置および電圧検出システム

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