KR20140072522A - 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량 - Google Patents

배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량 Download PDF

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KR20140072522A
KR20140072522A KR1020120140134A KR20120140134A KR20140072522A KR 20140072522 A KR20140072522 A KR 20140072522A KR 1020120140134 A KR1020120140134 A KR 1020120140134A KR 20120140134 A KR20120140134 A KR 20120140134A KR 20140072522 A KR20140072522 A KR 20140072522A
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Abstract

배터리와 전장부품간의 연결회로에 마련된 메인릴레이; 상기 메인릴레이의 양단에 병렬로 연결되며 보호저항이 구비된 프리차지릴레이; 상기 연결회로에 연결된 전장부품의 커패시터; 및 프리차지릴레이 온(ON) 후 연결회로의 전류변화량과 커패시터의 전압변화량을 체크하여 연결회로의 물리적 오류를 검출하는 제어부;를 포함하는 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량이 소개된다.

Description

배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량 {SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING BATTERY AND VEHICLE EQUIPPED WITH THE SAME SYSTEM}
본 발명은 프리차지릴레이의 보호저항의 소손을 방지할 수 있는 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량에 관한 것이다.
하이브리드차량, 전기자동차 및 기타 배터리를 구동에너지로 사용하는 차량의 경우 고용량의 고전압배터리를 탑재하여 사용한다. 또한, 이러한 시스템은 전기를 구동원으로 사용하는 모든 산업에 걸쳐 전반적으로 사용된다.
이러한 고전압 배터리의 안전한 사용을 위해, 차량 기동시 차량 시스템에 구동 전원 즉 고전압의 메인 배터리 전원을 공급시키기 위하여, 메인릴레이(Main Relay)를 온(ON)함으로써 차량에 고전압 전원을 연결한다.
하지만, 차량 시스템에 메인릴레이를 바로 붙일 경우 메인릴레이가 붙는 순간 급격한 전류 흐름 즉, 배터리가 일시적으로 쇼트(short)되어 대전류(inrush current)가 흐름에 의해 메인릴레이 고착현상이 나타나게 되고, 차량측 시스템 즉, 인버터 커패시터 등의 전자장비에 큰 손상을 초래할 수 있다.
이러한 고착 현상 및 차량측 시스템의 손상을 막기 위하여 프리차지릴레이(Precharge Relay)를 사용하여 전원 전압 상승을 지연시켜 급격한 전류 흐름을 막아 릴레이 고착현상 및 차량측 시스템의 손상을 방지한다.
이러한 기술에 대하여는 종래의 KR 10-2009-0039891 A "하이브리드 차량용 프리차징 제어방법"에서 "하이브리드 차량용 프리차징 제어방법에 있어서, 차량 운행을 요구하는 시동신호(이그니션 온)를 인식하는 단계; 프리차지 릴레이를 온시켜 인버터 DC 링크 전압이 상승하면서 프리차징이 시작되는 단계; 상기 인버터 DC 링크 전압과 메인배터리 전압의 차이가 일정 전압 이내 인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 전압 차이가 일정 전압 이내에 들어오는 것으로 판단된 경우에 프리차징을 종료하고 메인릴레이를 온시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 프리차징 제어방법"을 제시하고 있다.
그러나, 초기 운전자가 차량 시동 시 릴레이 시퀀스에 따라 각각의 릴레이가 on/off되면서 고전압 부품(인버터, LDC, FATC) 내부의 커패시터에 전압이 상승하게 된다. 커패시터 전압이 서서히 상승하게 되는 것은 프리차지릴레이에 의해 연결되는 고용량 저항에 의한 것이다. 이 저항에 의해 전류값은 배터리전압과 커패시터 전압 차에 따라 변하게 된다.
이처럼 고용량 저항은 초기 차량 시동에 있어서 중요한 역할을 하고 있다. 하지만 고전압 시스템의 이상이 발생했을 경우 고용량 저항의 소손을 막을 방법과 판단 방법이 현재는 적용되어 있지 않다.
고전압 시스템과 배터리 시스템 이상으로 고전압 라인이 쇼트되는 상태에서 운전자가 차량 시동을 걸게 되면 커패시터 전압은 상승하지 못한 채 고용량 저항에는 과전류가 흐르게 된다. 이 상태를 반복하게 되면 결국 고용량 저항은 소손되어 버리게 된다. 결국 차량 시스템이 문제 있는 상태에서 시동을 시도하게 되어 교환하지 않아도 될 부품이 생겨 버리게 된다.
한편, 종래 기술은 운전자가 차량 시동을 걸게 되면 배터리제어부에서 시동 조건을 판단하여 프리차지릴레이를 구동하게 된다. 정해진 시간 동안 프리차지릴레이를 온(ON) 한 후, 인버터 DC 링크 전압과 배터리팩 전압의 차이값을 판단하여 메인릴레이 온(ON)을 시켜 차량 구동에 필요한 전장부품에 배터리 에너지를 공급하게 된다.
하지만 종래 기술에는 단순히 프리차징시 전압값 만을 판단할 뿐, 시스템에 이상에 생겼을 경우 운전자가 계속 시동을 시도하게 되면 프리차지의 보호저항을 보호하지는 못한다. 즉, 인버터 DC 링크 전압과 배터리 전압을 판단하여 조건이 만족하지 못하면 프리차징 동작시간을 판단해서 프리차징 실패 고장만을 표출하게 되는 것이다.
종래 기술은 현재 고전압 시스템의 이상 유무를 판단할 수 없어 고전압 라인이 쇼트된 경우나 역결선 된 경우 프리차징 보호저항을 보호할 수 있는 로직이 구비되어 있지 않아 결국 차량 시스템이 문제 있는 상태에서 시동을 시도하게 되어 교환하지 않아도 될 부품이 생겨 버리게 되는 문제가 있었던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2009-0039891 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 프리차지릴레이의 보호저항의 소손을 방지할 수 있는 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량은, 배터리와 전장부품간의 연결회로에 마련된 메인릴레이; 상기 메인릴레이의 양단에 병렬로 연결되며 보호저항이 구비된 프리차지릴레이; 상기 연결회로에 연결된 전장부품의 커패시터; 및 프리차지릴레이 온(ON) 후 연결회로의 전류변화량과 커패시터의 전압변화량을 체크하여 연결회로의 물리적 오류를 검출하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 프리차지릴레이 온(ON) 후 연결회로의 전류값 또는 커패시터의 전압값이 변하지 않는 경우 연결회로의 물리적 오류로 판단할 수 있다.
상기 제어부는 프리차지릴레이 온(ON) 후, 연결회로의 전류변화량과 커패시터의 전압변화량을 체크하여 연결회로의 물리적 오류를 검출하고, 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이를 체크하여 프리차징 실패를 검출할 수 있다.
한편, 배터리 관리시스템의 관리방법은, 프리차지릴레이를 온(ON)하는 프리차지단계; 연결회로의 전류변화량과 커패시터의 전압변화량을 체크하는 회로체크단계; 및 연결회로의 전류값 또는 커패시터의 전압값이 변하지 않는 경우 연결회로의 물리적 오류로 판단하는 회로판단단계;를 포함한다.
상기 회로판단단계는, 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이를 체크하는 차징체크단계; 및 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이가 일정 크기 이상인 경우 프리차징 실패로 판단하는 차징판단단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 차징판단단계는 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이가 일정 시간이 지나도록 일정 크기 이상인 경우 프리차징 실패로 판단할 수 있다.
상기 회로판단단계는, 연결회로의 물리적 오류시 오류신호를 저장함으로써 차후 프리차지릴레이 및 메인릴레이가 온(ON)되지 않도록 할 수 있다.
또한, 이러한 배터리 관리시스템이 구비된 차량은, 배터리와 전장부품간의 연결회로에 마련된 메인릴레이, 상기 메인릴레이의 양단에 병렬로 연결되며 보호저항이 구비된 프리차지릴레이, 상기 연결회로에 연결된 전장부품의 커패시터 및 프리차지릴레이 온(ON) 후 연결회로의 전류변화량과 커패시터의 전압변화량을 체크하여 연결회로의 물리적 오류를 검출하는 제어부를 포함하는 배터리 관리시스템이 구비된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량에 따르면, 차량 등에 사용되는 고용량 저항을 보호하는 로직을 갖춤으로써 차량 등의 이상 발생 시 저항을 보호할 수 있어 불필요한 정비와 비용을 막을 수 있다.
또한, 고전압 라인의 역결선 또는 쇼트 상황을 감지하여 차량의 해당 부분 고장시 신속하게 대처가 가능한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리방법의 순서도.
도 3 내지 4는 본 발명의 배터리 관리시스템에 따른 예시적인 데이터 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리시스템의 구성도이다. 본 발명의 배터리 관리시스템은, 배터리(100)와 전장부품(400)간의 연결회로(L)에 마련된 메인릴레이(200); 상기 메인릴레이(200)의 양단에 병렬로 연결되며 보호저항(320)이 구비된 프리차지릴레이(300); 상기 연결회로(L)에 연결된 전장부품(400)의 커패시터(500); 및 프리차지릴레이(300) 온(ON) 후 연결회로(L)의 전류변화량과 커패시터(500)의 전압변화량을 체크하여 연결회로(L)의 물리적 오류를 검출하는 제어부(600);를 포함한다.
차량 등의 배터리(100)는 고전압 배터리로서 다수의 배터리셀이 직렬로 연결된 형상이다. 그리고 이에는 다수의 전장부품(400)들이 병렬로 연결되어 전류를 공급받고, 연결회로의 오픈 또는 클로즈를 위해 메인릴레이(200)가 구비된다. 또한, 메인릴레이는 +와 -로 구분되어 안정성을 보장한다.
한편, 이러한 연결회로(L)의 메인릴레이(200)에는 프리차지릴레이(300)가 병렬로 마련되고, 프리차지릴레이(300)에는 고용량의 보호저항(320)이 구비된다.
우선, 차량의 배터리(100)를 전장부품(400)에 연결하기 전에 먼저 메인릴레이의 -(220)를 온(ON)하도록 한다. 그리고나서 프리차지릴레이(300)를 온(ON)하여 전류가 메인릴레이(200)가 아닌 프리차지릴레이(300)를 흐르며 보호저항(320)을 흐르도록 한다.
이때 전장부품(400) 측에 구비된 커패시터(500)에도 전류가 함께 흐르며 커패시터(500)를 충전하게 된다. 전장부품은 인버터(420), LDC(440), FATC(460) 등이 포함되며 각각 커패시터(500)가 마련될 수 있다. 그에 따라 배터리(100)의 전압은 보호저항(320)과 커패시터(500)에 나누어 걸림으로써 과도한 대전류가 전장부품(400)에 급격하게 인가되는 것을 방지하고 메인릴레이(200)에 과도한 전류가 흘러 메인릴레이(200)가 쇼트되는 것을 방지하는 것이다.
한편, 이러한 상황에서 연결회로(L)를 통해 흐르는 전류를 측정하고, 동시에 배터리(100) 양단의 전압과 커패시터(500)에 걸리는 전압을 비교함으로써 정상여부를 판단하고, 정상으로 판단된 경우에는 메인릴레이(200)의 +를 온(ON)한 후 프리차지릴레이(300)를 오프함으로써 정상적인 작동을 시작하는 것이다.
여기서, 이러한 릴레이의 제어 및 전류나 전압의 계측값은 제어부(600)를 통해 이루어지며, 실시예로서 그러한 제어부는 배터리 시스템 제어부(BMS)가 담당할 수 있을 것이다.
한편, 제어부(600)에서는 먼저 프리차지릴레이(300)를 온(ON) 한다. 그 후 연결회로(L)의 전류변화량과 커패시터(500)의 전압변화량을 체크한다. 그리고 그 체크값들의 비교를 통해 연결회로(L)의 물리적 오류를 검출하도록 하는 것이다.
구체적으로, 제어부(600)는 프리차지릴레이(300) 온(ON) 후 연결회로(L)의 전류값 또는 커패시터(500)의 전압값이 변하지 않는 경우 연결회로(L)의 물리적 오류로 판단한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 정상적일 경우에는 프리차지릴레이의 온(10)시 커패시터에 전압(20)이 걸리며 상승되고 전류(30)는 높은값을 취한 후 커패시터의 충전에 따라 감소되는 경향을 갖게 됨이 일반적이다. 그리고 그 상태가 안정화된 후 메인릴레이의 +를 연결(40)하고 프리차지릴레이를 오프(10)하도록 하는 것이다.
그러나 도 4에 도시된 바와 같이, 만약 도 1의 연결회로에서 "S"지점이 쇼트된 경우 혹은 다른 연결회로(L)의 부분이 쇼트 내지 역결선된 경우 프리차지릴레이 또는 커패시터가 정상적인 역할을 할 수 없게 되어 프리차지릴레이의 온(10)시에도 커패시터의 전압값(20)은 초기값을 그대로 유지함으로써 변화량이 0이 되고 그 경우 배터리 전류(30)는 높은값을 유지하게 되어 결국 프리차지릴레이의 보호저항(320)이 소손되는 경우가 발생된다.
따라서, 이 경우에는 커패시터(500)에 정상적인 전압값이 계측되지 않고, 시스템은 프리차징 실패로 판단함으로써 사용자는 지속적으로 시동을 시도하고, 그에 따라 당장은 아니더라도 지속적인 대전류를 보호저항(320)에 걸어줌으로써 결국 보호저항(320)이 소손되는 불필요한 문제가 확장되는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 보호저항의 소손으로까지 이어지지 않도록 하기 위하여 연결회로의 물리적인 오류를 사전에 미리 감지할 수 있도록 하는 것이다.
그리고 이를 위해 제어부에서는 프리차징시 커패시터(500)의 전압값의 변화가 없거나 또는 연결회로(L) 전류값의 변화가 감지되지 않을 경우 연결회로(L) 일부의 심각한 쇼트 내지 역결선으로 파악하여 더 이상 시동의 시도가 이루어지지 않도록 제한하고 경고 메시지를 보냄으로써 보호저항(320)이 소손되지 않도록 방지하는 것이다.
또한, 제어부(600)는 프리차지릴레이(300) 온(ON) 후, 연결회로(L)의 전류변화량과 커패시터(500)의 전압변화량을 체크하여 연결회로(L)의 물리적 오류를 검출하고, 배터리(100) 전압값과 커패시터(500) 전압값의 차이를 체크하여 프리차징 실패를 검출하도록 한다.
즉, 제어부는 연결회로에 이상이 없는 것으로 판단한 후에는 종래와 같이 일정시간동안(예를 들어 100ms) 배터리(100) 전압값과 커패시터(500) 전압값의 차이가 일정크기(예들 들어 5V) 이상이 안 될 경우 프리차징의 실패로 검출함으로써 프리차징의 시간을 단축하도록 할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리방법의 순서도로서, 본 발명의 배터리 관리방법은, 프리차지릴레이를 온(ON)하는 프리차지단계(S300); 연결회로의 전류변화량과 커패시터의 전압변화량을 체크하는 회로체크단계(S400); 및 연결회로의 전류값 또는 커패시터의 전압값이 변하지 않는 경우 연결회로의 물리적 오류로 판단하는 회로판단단계(S420);를 포함한다.
또한, 상기 회로판단단계(S420)는, 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이를 체크하는 차징체크단계(S500); 및 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이가 일정 크기 이상인 경우 프리차징 실패로 판단하는 차징판단단계(S520);를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 차징판단단계(S520)는 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이가 일정 시간이 지나도록 일정 크기 이상인 경우 프리차징 실패로 판단하며, 상기 회로판단단계(S420)는, 연결회로의 물리적 오류시 오류신호를 저장함으로써 차후 프리차지릴레이 및 메인릴레이가 온(ON)되지 않도록 한다.
구체적으로, 먼저 시동 온시 연결라인의 이상메시지를 체크한다(S100). 그리고 이상이 없는 경우에는 시동조작으로 돌입한다.
시동조작은 메인릴레이의 -를 연결(S200)하고 프리차지릴레이를 연결한다(S300). 그리고 나서 커패시터 전압값의 변화와 연결회로 전류값의 변화를 측정하여 두 값이 모두 변화되는지를 살피어 연결회로의 물리적 정상여부를 살핀다(S400).
만약 물리적 오류로 판단되면 연결라인의 이상메시지를 발생시켜 추후 경고하고 시동조작 자체가 시작되지 않도록 하여 보호저항을 보호하는 것이다(S420).
그리고 이상이 없을 경우에는 일정시간동안 배터리 전압과 커패시터 전압의 차이가 일정크기 이내로 근접할 경우 프리차징을 종료하는 것으로서, 메인릴레이의 +를 연결하고 프리차지릴레이를 오프하도록 한다(S500). 만약 여기서 일정시간동안 배터리 전압과 커패시터 전압의 차이가 일정크기 이내로 근접하지 못할 경우에는 프리차지 실패로 판단하여 메시지를 발생한다(S520). 그 후 메인릴레이의 +를 온하고 프리차지릴레이를 오프하여 정상작동 하는 것이다(S600,S700).
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 관리시스템, 배터리 관리방법 및 배터리 관리시스템이 구비된 차량에 따르면, 차량 등에 사용되는 고용량 저항을 보호하는 로직을 갖춤으로써 차량 등의 이상 발생 시 저항을 보호할 수 있어 불필요한 정비와 비용을 막을 수 있다.
또한, 고전압 라인의 역결선 또는 쇼트 상황을 감지하여 차량의 해당 부분 고장시 신속하게 대처가 가능한 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 배터리 200 : 메인릴레이
300 : 프리차지릴레이 320 : 보호저항
400 : 전장부품 500 : 커패시터
600 : 제어부

Claims (8)

  1. 배터리(100)와 전장부품(400)간의 연결회로(L)에 마련된 메인릴레이(200);
    상기 메인릴레이(200)의 양단에 병렬로 연결되며 보호저항(320)이 구비된 프리차지릴레이(300);
    상기 연결회로(L)에 연결된 전장부품(400)의 커패시터(500); 및
    프리차지릴레이(300) 온(ON) 후 연결회로(L)의 전류변화량과 커패시터(500)의 전압변화량을 체크하여 연결회로(L)의 물리적 오류를 검출하는 제어부(600);를 포함하는 배터리 관리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(600)는 프리차지릴레이(300) 온(ON) 후 연결회로(L)의 전류값 또는 커패시터(500)의 전압값이 변하지 않는 경우 연결회로(L)의 물리적 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(600)는 프리차지릴레이(300) 온(ON) 후, 연결회로(L)의 전류변화량과 커패시터(500)의 전압변화량을 체크하여 연결회로(L)의 물리적 오류를 검출하고, 배터리(100) 전압값과 커패시터(500) 전압값의 차이를 체크하여 프리차징 실패를 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리시스템.
  4. 청구항 1의 배터리 관리시스템의 관리방법으로서,
    프리차지릴레이를 온(ON)하는 프리차지단계(S300);
    연결회로의 전류변화량과 커패시터의 전압변화량을 체크하는 회로체크단계(S400); 및
    연결회로의 전류값 또는 커패시터의 전압값이 변하지 않는 경우 연결회로의 물리적 오류로 판단하는 회로판단단계(S420);를 포함하는 배터리 관리방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 회로판단단계(S420)는, 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이를 체크하는 차징체크단계(S500); 및 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이가 일정 크기 이상인 경우 프리차징 실패로 판단하는 차징판단단계(S520);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 차징판단단계(S520)는 배터리 전압값과 커패시터 전압값의 차이가 일정 시간이 지나도록 일정 크기 이상인 경우 프리차징 실패로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 회로판단단계(S420)는, 연결회로의 물리적 오류시 오류신호를 저장함으로써 차후 프리차지릴레이 및 메인릴레이가 온(ON)되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리방법.
  8. 배터리(100)와 전장부품(400)간의 연결회로(L)에 마련된 메인릴레이(200), 상기 메인릴레이(200)의 양단에 병렬로 연결되며 보호저항(320)이 구비된 프리차지릴레이(300), 상기 연결회로(L)에 연결된 전장부품(400)의 커패시터(500) 및 프리차지릴레이(300) 온(ON) 후 연결회로(L)의 전류변화량과 커패시터(500)의 전압변화량을 체크하여 연결회로(L)의 물리적 오류를 검출하는 제어부(600)를 포함하는 배터리 관리시스템이 구비된 차량.
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