KR20150098555A - 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 릴레이를 설치하는데 있어서 일부 배터리 랙에서 배터리 모듈과 릴레이가 비정상적으로 연결되어 배터리 랙에 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 전류가 흐르는 경우, 배터리 랙과 릴레이가 쇼트 서킷을 형성하기 전에 릴레이의 동작 상태를 제어하여 릴레이가 비정상적으로 설치된 배터리 랙에 발생되는 쇼트 현상을 방지하고 복수의 배터리 랙 간에 전압차가 기 설정된 전압차를 초과하는 경우 릴레이의 동작 상태를 제어하여 배터리 랙 간에 용량 불균형을 방지함으로써 배터리 랙, BPU 및 전장의 파손을 방지하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법{Apparatus, system and method for preventing damage of battery rack using current measurement}
본 발명은 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 배터리 모듈(Battery Module)을 포함하는 배터리 랙에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 릴레이(Relay)를 설치하는데 있어서 일부 배터리 랙에서 배터리 모듈과 릴레이가 비정상적으로 연결되어 배터리 랙에 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 전류가 흐르는 경우, 배터리 랙과 릴레이가 쇼트 서킷(Short Circuit)을 형성하기 전에 릴레이의 동작 상태를 제어하여 릴레이가 비정상적으로 설치된 배터리 랙에 발생되는 쇼트(Short) 현상을 방지하고 복수의 배터리 랙 간에 전압차가 기 설정된 전압차를 초과하는 경우 릴레이의 동작 상태를 제어하여 배터리 랙 간에 용량 불균형을 방지함으로써 배터리 랙, BPU(Battery Protection Unit) 및 전장의 파손을 방지하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈과 화석 에너지의 사용으로 인한 환경오염으로 이차 전지 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 모바일 기기, 전기 차량(Electric Vehicle; EV), 하이브리드 차량(Hybrid Vehicle; HV), 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 및 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 배터리의 수요가 급격히 증가하고 있다.
이러한 이차 전지 배터리는 화석 에너지의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
특히 전기 차량, 하이브리드 차량, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치에 사용되는 이차 전지 배터리는 고출력 및 대용량의 전력을 충전 또는 방전하기 위하여 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙을 여러 개 연결하여 구성된다. 이와 같이, 고출력 및 대용량의 전력이 수시로 충전 또는 방전되는 배터리 랙에는 과충전, 과방전 및 써지성 전류로부터 배터리 랙을 보호하기 위해 릴레이를 설치하여 배터리 랙에 흐르는 전류를 제어하는 릴레이 제어 기술이 구비되어 있다.
하지만, 배터리 랙을 보호하기 위해 설치자에 의해 설치된 릴레이가 비정상적으로 설치되어 외부 부하없이 릴레이와 배터리 랙으로만 연결된 폐회로로 구성되는 경우 배터리 랙에는 쇼트현상이 발생된다. 고용량을 확보하기 위해 복수로 연결된 배터리 랙 중 일부 배터리 랙에서 상기의 쇼트 현상이 발생되는 경우 배터리 랙 간에 용량 불균형으로 인해 각 배터리 랙의 충전 속도가 달라지고, 이로 인해 먼저 충전된 배터리 랙이 과충전됨으로써 배터리 랙이 과열 또는 스웰링(Swelling)으로 파손되고, 결국 배터리 랙과 연결되는 BPU와 전장까지 파손되는 문제점이 발생된다.
이에, 본 발명자는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 릴레이를 설치하는데 있어서 일부 배터리 랙에서 배터리 모듈과 릴레이가 비정상적으로 연결되어 배터리 랙에 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 전류가 흐르는 경우, 배터리 랙과 릴레이가 쇼트 서킷을 형성하기 전에 릴레이의 동작 상태를 제어하여 릴레이가 비정상적으로 설치된 배터리 랙에 발생되는 쇼트 현상을 방지하고 복수의 배터리 랙 간에 전압차가 기 설정된 전압차를 초과하는 경우 릴레이의 동작 상태를 제어하여 배터리 랙 간에 용량 불균형을 방지함으로써 배터리 랙, BPU 및 전장의 파손을 방지하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2012-0005368호
본 발명은 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 릴레이를 설치하는데 있어서 일부 배터리 랙에서 배터리 모듈과 릴레이가 비정상적으로 연결되어 배터리 랙에 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 전류가 흐르는 경우, 배터리 랙과 릴레이가 쇼트 서킷을 형성하기 전에 릴레이의 동작 상태를 제어하여 릴레이가 비정상적으로 설치된 배터리 랙에 발생되는 쇼트 현상을 방지하고 복수의 배터리 랙 간에 전압차가 기 설정된 전압차를 초과하는 경우 릴레이의 동작 상태를 제어하여 배터리 랙 간에 용량 불균형을 방지함으로써 배터리 랙, BPU 및 전장의 파손을 방지하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 설치자의 비정상적인 릴레이 설치로 인해 외부 부하없이 릴레이와 배터리 랙으로만 연결된 폐회로가 구성되는 경우 전류 측정부를 통해 배터리 랙에 흐르는 전류를 측정하여 배터리 랙에서 발생될 수 있는 쇼트 현상 감지하고 측정된 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 배터리 랙에 쇼트 현상이 일어난 것으로 판단하여 릴레이 제어부를 통해 프리차지 릴레이와 메인 릴레이를 제어함으로써 배터리 랙에 흐르는 전류를 차단하여 쇼트 현상으로 인한 배터리 랙, BPU 및 전장의 파손을 방지할 수 있는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 목적은, 전압 비교부를 통해 복수의 배터리 랙 간에 전압차를 계산하고 계산된 전압차가 기 설정된 허용 전압치를 초과하는 경우 릴레이 제어부를 통해 프리차지 릴레이와 메인 릴레이를 제어함으로써 배터리 랙 간에 용량 불균형으로 인한 배터리 랙, BPU 및 전장의 파손을 방지할 수 있는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 하나 이상의 배터리 랙이 연결되어 전력을 충방전하는 에너지 저장 장치 또는 배터리 시스템에서, 하나 이상의 배터리 랙 각각에 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치를 구비하고, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정을 개별적으로 수행할 수 있는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙의 전류값을 측정하는 전류 측정부; 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값의 대소를 비교하는 전류 비교부; 프리차지 릴레이의 동작 상태가 온 상태로 변경된 후, 메인 릴레이의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에 상기 전류 비교부를 통해 도출된 비교 결과값을 근거하여 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 릴레이 제어부; 및 상기 배터리 랙의 전압값을 측정하는 전압 측정부;를 포함하되, 하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비되어, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정 및 해당 배터리 랙의 전압값을 측정하는 과정을 개별적으로 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프리차지 릴레이는 상기 배터리 랙의 용량에 따라 저항값이 결정되는 프리차지 저항과 직렬로 연결되어 상기 배터리 랙으로 흐르는 과전류의 전류값을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 측정부는 상기 배터리 랙에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 상기 전류 비교부로 전송하며 변류기 방식, 홀 소자 방식 및 퓨즈 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서(Current sensor)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 비교부는 상기 전류 측정부로부터 전송받은 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이 제어부는 상기 전류 비교부로부터 상기 전류 초과 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키고 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 오프 상태로 유지시킬 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 장치는 복수의 배터리 랙 각각의 전압을 측정하는 상기 전압 측정부와 연결되어 상기 전압 측정부를 통해 측정된 복수의 전압값 간에 차를 계산하는 전압 비교부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 비교부는 상기 복수의 전압값 간에 차를 계산한 결과값 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되는 경우 전압 불균형 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이 제어부는 상기 전압 비교부로부터 상기 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치는 상기 하나 이상의 배터리 랙을 제어하는 배터리 관리 시스템에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙의 전류값을 측정하는 전류 측정부; 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값의 대소를 비교하는 전류 비교부; 프리차지 릴레이의 동작 상태가 온 상태로 변경된 후, 메인 릴레이의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에 상기 전류 비교부를 통해 도출된 비교 결과값을 근거하여 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 릴레이 제어부; 및 상기 배터리 랙의 전압값을 측정하는 전압 측정부;를 포함하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치를 하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비하고, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정 및 해당 배터리 랙의 전압값을 측정하는 과정을 개별적으로 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에 구비된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 상기 프리차지 릴레이는 상기 배터리 랙의 용량에 따라 저항값이 결정되는 프리차지 저항과 직렬로 연결되어 상기 배터리 랙으로 흐르는 과전류의 전류값을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에 구비된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 상기 전류 측정부는 상기 배터리 랙에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 상기 전류 비교부로 전송하며 변류기 방식, 홀 소자 방식 및 퓨즈 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에 구비된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 상기 전류 비교부는 상기 전류 측정부로부터 전송받은 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에 구비된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 상기 릴레이 제어부는 상기 전류 비교부로부터 상기 전류 초과 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키고 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 오프 상태로 유지시킬 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템은 복수의 배터리 랙 각각의 전압을 측정하는 상기 전압 측정부와 연결되어 상기 전압 측정부를 통해 측정된 복수의 전압값 간에 차를 계산하는 전압 비교부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템의 상기 전압 비교부는 상기 복수의 전압값 간에 차를 계산한 결과값 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되는 경우 전압 불균형 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에 구비된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 상기 릴레이 제어부는 상기 전압 비교부로부터 상기 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시킬 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템은 상기 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치는 상기 하나 이상의 배터리 랙을 제어하는 배터리 관리 시스템에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법은 (a) 전류 측정부, 전류 비교부, 릴레이 제어부, 및 전압 측정부를 포함하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치를 하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비하는 단계; 및 (b) 상기 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 상기 하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비되어, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정 및 해당 배터리 랙의 전압값을 측정하는 과정을 개별적으로 수행하는 단계; (c) 복수의 배터리 랙 각각의 전압을 측정하는 상기 전압 측정부와 연결되는 전압 비교부를 구비하는 단계; 및 (d) 상기 복수의 배터리 랙의 전압값을 수신하여 복수의 전압값 간에 차를 계산하고, 상기 계산 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 단계;를 포함하되, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 전류 측정부가 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙의 전류값을 측정하는 단계; (b2) 상기 전류 비교부가 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값의 대소를 비교하는 단계; (b3) 상기 릴레이 제어부가 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태가 온 상태로 변경된 후, 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에 상기 상기 전류 비교부를 통해 도출된 비교 결과값을 근거하여 상기 프리차지 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 단계; 및 (b4) 상기 전압 측정부가 상기 배터리 랙의 전압값을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.일 실시예에서, 상기 (b1) 단계는 상기 전류 측정부가 상기 배터리 랙에 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 상기 전류 비교부로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (b2) 단계는 상기 전류 비교부가 상기 전류 측정부로부터 전송받은 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (b3) 단계는 상기 릴레이 제어부가 상기 전류 비교부로부터 상기 전류 초과 신호를 전송받는 경우, 상기 릴레이 제어부가 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키고 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 오프 상태로 유지시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (d) 단계는 상기 전압 비교부가 상기 전압 측정부를 통해 측정된 복수의 전압값 간에 차를 계산하고, 계산한 결과값 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되는 경우 전압 불균형 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (d) 단계는 상기 릴레이 제어부가 상기 전압 비교부로부터 상기 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법은 배터리 랙의 측정 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 배터리 랙에 쇼트 현상이 발생되기 전에, 프리차지 릴레이와 메인 릴레이의 동작상태를 제어함으로써, 배터리 랙에 흐르는 전류를 차단시킨다. 따라서, 배터리 랙에 발생될 수 있는 쇼트 현상을 방지하여 과충전 및 과열로 인한 배터리 랙 손상 및 화재를 예방하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법은 배터리 랙 간에 전압차가 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 경우 프리차지 릴레이와 메인 릴레이의 동작상태를 제어함으로써, 배터리 랙 간에 용량 불균형을 방지하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 배터리 랙이 연결되어 전력을 충방전하는 에너지 저장 장치 또는 배터리 시스템에서, 하나 이상의 배터리 랙 각각에 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치를 구비하고, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정을 개별적으로 수행함으로써, 일부 배터리 랙의 쇼트 현상으로 인한 배터리 랙 간에 충전 용량 불균형을 방지하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에서 동작하는 경우의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에서 동작하는 경우의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법의 일 예를 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법의 다른 예를 순서에 따라 도시한 순서도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 전기 자동차에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치는 전기 자동차 이외에도 모바일 기기, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 또는 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 등 이차 전지 배터리가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
또한, 상기 BMS(20)는 후술하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치 및 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치 및 시스템에 의해 배터리(10)가 과충전으로 인해 과열되거나 쇼트(Short) 현상이 발생되어 배터리(10)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(Accelerator), 브레이크(Break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 구성을 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100)는 배터리 랙(110), 제1 배터리 랙(111), 제2 배터리 랙(112), 전류 측정부(120), 전류 비교부(130), 프리차지 릴레이(141), 프리차지 저항(142), 메인 릴레이(143), 릴레이 제어부(150), 전압 측정부(160), 전압 비교부(170)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2 및 도 3에 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
배터리 랙(110)은 전력을 공급받아 충전되거나 배터리 랙(110)에 충전된 전기에너지를 부하에 공급함으로써 방전될 수 있다. 여기서 배터리 랙(110)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 복수의 배터리 모듈(Battery Module)을 포함하여 구성 될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 랙(110)은 도 1에 도시된 배터리(10)에 포함될 수 있으며, 배터리 랙(110)은 기존의 공지된 기술을 사용하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 3에 도시된 제1 배터리 랙(111) 및 제2 배터리 랙(112)은 상기 배터리 랙(110)에 포함될 수 있으며, 상기 배터리 랙(110)의 파손을 방지하기 위해 연결된 상기 프리차지 릴레이(141), 상기 프리차지 저항(142) 및 상기 메인 릴레이(143)를 기준으로 아래쪽에 연결된 배터리 모듈(111a, 111b, ..., 111n)은 제1 배터리 랙(111)의 구성요소일 수 있고, 위쪽에 연결된 배터리 모듈(112a, 112b, ..., 112n)은 제2 배터리 랙(112)의 구성요소일 수 있다. 상기의 경우 후술되는 전류 측정부(120)는 제1 배터리 랙(111)과 제2 배터리 랙(112)사이에 직렬로 연결되어 전류값을 측정할 수 있다.
전류 측정부(120)는 제1 배터리 랙(111)과 제2 배터리 랙(112) 사이에 직렬로 연결되어 제1 배터리 랙(111)과 제2 배터리 랙(112) 사이에 흐르는 전류의 전류값을 측정하는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 전류 측정부(120)는 배터리 랙(110)에 흐르는 전류를 측정 하기 위해 변류기(Current transformer) 방식, 홀 소자(Hall element) 방식 및 퓨즈(Fuse) 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서(Current sensor)를 이용할 수 있고, 하나 이상의 스위치 소자, 캐패시터, 도선 등을 포함할 수 있다.
그리고 전류 측정부(120)는 릴레이(110)로부터 측정되는 전류가 고전류에 해당하는 경우 자체적으로 내부를 보호하기 위한 안정기(예를 들어, 높은 저항값을 가지는 저항체 등)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이러한, 전류 측정부(120)를 통해 측정된 전류값은 후술되는 전류 비교부(130)로 전송될 수 있으며, 전류 측정부(120)가 상술한 역할을 수행하는 한, 전류 측정부(120)의 전류 센서 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
전류 비교부(130)는 전류 측정부(120)로부터 측정 전류값을 수신하고, 이를 기 설정된 전류 제한값과 비교 판단하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 기 설정된 전류 제한값은 상기 배터리 랙(110)과 후술되는 프리차지 릴레이(141), 프리차지 저항(142) 및 메인 릴레이(143)가 정상적으로 연결되어 쇼트 서킷(Short Circuit)이 형성되지 않는 배터리 랙(110)에 흐르는 전류의 전류값으로 초기 설정되어 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어, 상기 기 설정된 전류 제한값은 50A일 수 있다.
이어서, 상기 측정 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우, 전류 비교부(130)는 전류 초과 신호를 후술되는 릴레이 제어부(150)에 전송할 수 있고, 측정 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하지 않는 경우에는 전류 초과 신호를 전송하지 않게 된다.
일 실시예에서, 전류 비교부(130)에는 전류 측정부(120)와 마찬가지로 별도의 안정기(예를 들어, 높은 저항값을 가지는 저항체 등)(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 그에 따라 고전압으로부터 자체적으로 내부를 보호하도록 구성될 수 있다.
프리차지 릴레이(141)와 프리차지 저항(142)은 직렬로 연결될 수 있고 메인 릴레이(143)는 상기 직렬로 연결된 프리차지 릴레이(141) 및 프리차지 저항(142)과 병렬로 연결되어 상기 배터리 랙(110)에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 프리차지 릴레이(141) 및 메인 릴레이(143)의 동작 상태는 한 쌍의 도선이 서로 접한 온(On) 상태 또는 도선이 서로 이격된 오프(Off) 상태 중 어느 하나에 해당할 수 있으며, 프리차지 릴레이(141) 및 메인 릴레이(143) 중 어느 하나 이상의 동작 상태가 온 상태에 해당되는 경우 상기 배터리 랙(110)에 흐르는 전류가 통전되고, 프리차지 릴레이(141) 및 메인 릴레이(143) 모두 오프 상태에 해당되는 경우 상기 배터리 랙(110)에 흐르는 전류가 차단될 수 있다.
한편, 상기 배터리 랙(110)에 전력이 공급되는 초기에 써지(Surge)성 전류로부터 배터리 랙(110)을 보호 하기 위해 프리차지 릴레이(141)는 동작 상태가 온 상태로 변경될 수 있고, 프리차지 릴레이(141)가 온 상태로 변경되는 경우 프리차지 릴레이(141)와 직렬로 연결된 프리차지 저항(142)으로 써지성 전류가 흐름으로써 상기 배터리 랙(110)을 보호할 수 있다. 프리차지 릴레이(141)의 동작 상태가 온 상태로 변경된 뒤 기 설정된 시간(예를 들어, 1s에 해당하는 시간) 이후 메인 릴레이(143)의 동작 상태가 온 상태로 변경될 수 있고, 상기 전류 비교부(130)는 프리차지 릴레이(141)의 동작 상태가 온상태로 변경된 뒤부터 메인 릴레이(143)의 동작 상태가 온 상태로 변경되기 전까지 상기 전류 측정부(120)를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값을 비교 판단하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 기 설정된 전류 제한값은 상기 배터리 랙(110)과 프리차지 릴레이(141), 프리차지 저항(142) 및 메인 릴레이(143)가 정상적으로 연결되어 쇼트 서킷이 형성되지 않는 배터리 랙(110)에 흐르는 전류의 전류값으로 초기 설정되어 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어, 상기 기 설정된 전류 제한값은 50A일 수 있다.
프리차지 릴레이(141) 및 메인 릴레이(143)의 동작 상태가 온 상태로 변경된 뒤 기 설정된 시간(예를 들어, 1s에 해당하는 시간) 이후 프리차지 릴레이(141)의 동작 상태가 오프 상태로 변경되어 상기 배터리 랙(110)으로 공급되는 전력이 프리차지 저항(142)을 통하지 않고 공급될 수 있다.
릴레이 제어부(150)는 상기 전류 비교부(130), 프리차지 릴레이(141), 프리차지 저항(142) 및 메인 릴레이(143)와 연결될 수 있으며, 릴레이 제어부(150)는 상기 전류 비교부(130)를 통해 전류 초과 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이(141)의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시킬 수 있고 상기 메인 릴레이(143)의 동작 상태를 오프 상태로 유지시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 프리차지 릴레이(141) 및 상기 메인 릴레이(143)의 동작 상태가 오프 상태일 경우 상기 배터리 랙(110)에 흐르는 전류가 차단될 수 있다.
반대로, 상기 전류 비교부(130)를 통해 전류 초과 신호를 전송받지 않는 경우 릴레이 제어부(150)는 상기 프리차지 릴레이(141) 및 상기 메인 릴레이(143)의 동작 상태를 제어하지 않을 수 있다.
한편, 릴레이 제어부(150)는 후술되는 전압 비교부(170)를 통해 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이(141) 및 상기 메인 릴레이(143)의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키는 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은, 릴레이 제어부(150)의 역할, 전압 측정부(160) 및 전압 비교부(170)의 자세한 설명은 후술되는 도 4를 통해 자세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다. 도 4는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템(100)이 동작하는 경우의 일 예를 도시한 도면에 관한 것으로서, 도 3과 비교했을 때, 복수의 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100a, ..., 100n)가 서로 병렬로 연결되어 있고, 하나의 전압 비교부(170)가 복수의 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100a, ..., 100n) 각각의 전압 측정부(160, 160b, ..., 160n) 및 릴레이 제어부(150, 150b, ..., 150n)와 연결된다는 점을 제외하고는 동일하게 구성되고 그 기능 또한 동일하게 수행함으로 동일한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템(100)은 하나 이상의 배터리 랙(111, 112, 110b, ..., 110n) 각각에 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100a, ..., 100n)를 구비할 수 있다.
전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템(100)은 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100a)가 구비된 제1 및 제2 배터리 랙(111,112)에 대하여, 제1 및 제2 배터리 랙(111,112) 사이에 흐르는 전류의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 제1 및 제2 배터리 랙(111,112)의 프리차지 릴레이(141) 및 메인 릴레이(143)의 동작 상태를 제어하는 과정을 개별적으로 수행할 수 있다.
전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100a)가 구비된 제1 및 제2 배터리 랙(111,112)에 대하여, 상기의 과정을 개별적으로 수행한 것과 같이, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100b, ..., 100n)가 각각 구비된 배터리 랙(110b, ..., 110n)에 대해서도 상기의 과정을 각각 개별적으로 수행할 수 있다.
이러한 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100a, ..., 100n)의 개별적 수행 과정을 통해 하나 이상의 배터리 랙이 연결되어 전력을 충방전하는 에너지 저장 장치 또는 배터리 시스템에서 프리차지 릴레이, 프리차지 저항 및 메인 릴레이가 비정상적으로 설치된 배터리 랙만을 손쉽게 파악할 수 있으며, 상호 연결된 하나 이상의 배터리 랙 전체의 전류를 차단하지 않고 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이만을 개별적으로 차단하여 에너지 저장 장치 또는 배터리 시스템의 충방전을 지속적으로 수행할 수 있다.
전압 측정부(160, 160b, ..., 160n)는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100a, 100b, ..., 100n) 각각의 배터리 랙 양단(플러스(+)극 및 마이너스(-)극)에 위치하여 배터리 랙(111, 112, 110b, ..., 110n)에 인가된 전압의 전위차를 측정하는 역할을 수행할 수 있다. 한편, 전압 측정부(160, 160b, ..., 160n)는 배터리 랙(111, 112, 110b, ..., 110n)의 전압을 측정 하기 위해 하나 이상의 스위치 소자, 캐패시터, 도선 등을 포함할 수 있다. 이러한, 전압 측정부(160, 160b, ..., 160n)를 통해 측정된 전압값은 후술되는 전압 비교부(170)로 전송될 수 있다.
전압 비교부(170)는 전압 측정부(160, 160b, ..., 160n)를 통해 측정된 복수의 전압값을 전송받아 전압값 간에 차를 계산하고, 계산된 결과값들과 기 설정된 허용 전압차와 비교 판단하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 기 설정된 허용 전압차는 배터리 랙 간에 전압차가 발생하는 경우이더라도 배터리 랙이 파손되지 않는 배터리 랙 간에 전압차로, 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어, 기 설정된 허용 전압차는 50V일 수 있다.
이어서, 측정된 전압값 간에 차를 계산한 결과값들 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되는 경우, 전압 비교부(170)는 릴레이 제어부(150, 150b, ..., 150n)로 전압 불균형 신호를 전송할 수 있고, 상기 계산된 결과값 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되지 않는 경우, 전압 비교부(170)는 릴레이 제어부(150, 150b, ..., 150n)로 전압 불균형 신호를 전송하지 않게 된다.
릴레이 제어부(150, 150b, ..., 150n)는 각각 상기 전압 비교부(170), 프리차지 릴레이(141, 141b, ..., 141n), 프리차지 저항(142, 142b, ..., 142n) 및 메인 릴레이(143, 143b, ..., 143n)와 연결될 수 있으며, 릴레이 제어부(150, 150b, ..., 150n)는 상기 전압 비교부(170)를 통해 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출된 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시킬 수 있다.
이러한 상기 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 제어를 통해 용량 불균형이 일어난 배터리 랙으로부터 이외의 정상 배터리 랙을 차단함으로써 배터리 랙 간에 용량 뷸균형을 방지할 수 있다.
반대로, 릴레이 제어부(150, 150b, ..., 150n)는 상기 전압 비교부(170)를 통해 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 프리차지 저항(142, 142b, ..., 142n) 및 메인 릴레이(143, 143b, ..., 143n)의 동작 상태를 제어하지 않을 수 있다.
도 5는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에서 동작하는 경우의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5와 도 4를 비교했을 때, 도 4에 도시된 모든 배터리 랙(111, 112, 110b, ..., 110n)에는 프리차지 릴레이(141, 141b, ..., 141n), 프리차지 저항(142, 142b, ..., 142n) 및 메인 릴레이(143, 143b, ..., 143n)가 각각 폐회로를 구성하지 않고 정상적으로 연결되어 있지만, 도 5에 도시된 제1 배터리 랙(111')에는 프리차지 릴레이(141'), 프리차지 저항(142') 및 메인 릴레이(143')가 비정상적으로 설치되어 페회로를 구성하고 있다.
도 5를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템(100')에 구비된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100')는 제1 배터리 랙(111')과 프리차지 릴레이(141'), 프리차지 저항(142') 및 메인 릴레이(143')가 비정상적으로 연결되어 외부 부하가 없는 폐회로로 형성된 예일 수 있다. 상기 폐회로에서 프리차지 릴레이(141')와 프리차지 저항(142')은 직렬로 연결되어 프리차지 릴레이(141')의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되는 경우 쇼트 현상을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 구성 요소 중 도 5에 도시된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템(100')과 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100'a)가 전력 변환 장치(200)으로부터 전력을 공급받는 경우 제1 배터리 랙(111')을 제외한 제2 배터리 랙(112')에 전력이 충전될 수 있으며 전류 측정부(120')에서는 제2 배터리 랙(112')을 제외한 제1 배터리 랙(111')에 흐르는 전류의 전류값을 측정하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전류 측정부(120')를 통해 측정된 전류값은 제2 배터리 랙(112')에 프리차지 저항(142')만이 연결되었을 경우 측정된 측정값이므로 다른 전류 측정부(120'b, ..., 120'n)에서 측정된 전류값 보다 클 수 있다.
메인 릴레이(143')의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되는 경우 상기 폐회로에는 쇼트 현상이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해 전류 비교부(130')는 상기 전류 측정부(120')를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값을 비교 판단하여 측정된 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 릴레이 제어부(150')로 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전류 초과 신호를 전송받은 릴레이 제어부(150')는 상기 메인 릴레이(143')의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에, 상기 프리차지 릴레이(141')의 동작 상태를 오프 상태로 유지함으로써 상기 제1 배터리 랙(111')에서 발생하는 쇼트 현상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제1 배터리 랙(111')에 쇼트 현상이 발생되는 경우 배터리 랙(100'a, ..., 100'n) 간에 용량 편차로 각각의 충전 속도가 달라짐으로써 발생되는 과충전, 과열 또는 스웰링(Swelling)으로 인한 파손을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 기 설정된 전류 제한값은 상기 제1 배터리 랙(111') 및 제2 배터리 랙(112')과 프리차지 릴레이(141'), 프리차지 저항(142') 및 메인 릴레이(143')가 정상적으로 연결되어 쇼트 서킷이 형성되지 않은 제1 배터리 랙(111')과 제2 배터리 랙(112') 사이에 흐르는 전류를 측정한 전류값으로 초기 설정되어 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어, 상기 기 설정된 전류 제한값은 50A일 수 있다.
도 6은 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템에서 동작하는 경우의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6과 도 4를 비교했을 때, 도 4에 도시된 모든 배터리 랙(111, 112, 110b, ..., 110n)에는 프리차지 릴레이(141, 141b, ..., 141n), 프리차지 저항(142, 142b, ..., 142n) 및 메인 릴레이(143, 143b, ..., 143n)가 각각 폐회로를 구성하지 않고 정상적으로 연결되어 있지만, 도 6에 도시된 제2 배터리 랙(111")에는 프리차지 릴레이(141"), 프리차지 저항(142") 및 메인 릴레이(143")가 비정상적으로 설치되어 페회로를 구성하고 있다.
도 6을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템(100")에 구비된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100"a)는 제2 배터리 랙(112")과 프리차지 릴레이(141"), 프리차지 저항(142") 및 메인 릴레이(143")가 비정상적으로 연결되어 외부 부하가 없는 폐회로로 형성된 예일 수 있다. 상기 폐회로에서 프리차지 릴레이(141")와 프리차지 저항(142")은 직렬로 연결되어 프리차지 릴레이(141")의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되는 경우 쇼트(Shrot) 현상을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 구성 요소 중 도 6에 도시된 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템(100")과 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치(100")가 전력 변환 장치(200)으로부터 전력을 공급받는 경우 제2 배터리 랙(112")을 제외한 제1 배터리 랙(111")에 전력이 충전될 수 있으며 전류 측정부(120")에서는 제1 배터리 랙(111")을 제외한 제2 배터리 랙(112")에 흐르는 전류의 전류값을 측정하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전류 측정부(120")를 통해 측정된 전류값은 제1 배터리 랙(111")에 프리차지 저항(142")만이 연결되었을 경우 측정된 측정값이므로 다른 전류 측정부(120"b, ..., 120"n)에서 측정된 전류값 보다 클 수 있다.
메인 릴레이(143")의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되는 경우 상기 폐회로에는 쇼트 현상이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해 전류 비교부(130")는 상기 전류 측정부(120")를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값을 비교 판단하여 측정된 전류값이 기설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 릴레이 제어부(150")로 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전류 초과 신호를 전송받은 릴레이 제어부(150")는 상기 메인 릴레이(143")의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에, 상기 프리차지 릴레이(141")의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경하고 상기 메인 릴레이(143")의 동작 상태를 오프 상태로 유지함으로써 상기 제2 배터리 랙(112")에서 발생하는 쇼트 현상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제2 배터리 랙(112")에 쇼트 현상이 발생되는 경우 배터리 랙(100"a, ..., 100"n) 간에 용량 편차로 각각의 충전 속도가 달라짐으로써 발생되는 과충전, 과열 또는 스웰링으로 인한 파손을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 기 설정된 전류 제한값은 상기 제1 배터리 랙(111") 및 제2 배터리 랙(112")과 프리차지 릴레이(141"), 프리차지 저항(142") 및 메인 릴레이(143")가 정상적으로 연결되어 쇼트 서킷이 형성되지 않은 제1 배터리 랙(111")과 제2 배터리 랙(112") 사이에 흐르는 전류를 측정한 전류값으로 초기 설정되어 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어, 상기 기 설정된 전류 제한값은 50A일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법의 일 예를 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 전류 측정부(120)는 배터리 랙(110)에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 전류 비교부(130)로 전송하게 된다(S701).
다음으로, 전류 비교부(130)는 전류 측정부(120)를 통해 전송 받은 측정 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는지 비교 및 판단하게 된다(S702).
여기서, 기 설정된 전류 제한값은 배터리 랙(110)과 후술되는 프리차지 릴레이(141), 프리차지 저항(142) 및 메인 릴레이(143)가 정상적으로 연결되어 쇼트 서킷(Short Circuit)이 형성되지 않는 배터리 랙(110)에서 측정되는 전류값으로 초기 설정되어 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어, 기 설정된 전류 제한값은 50A일 수 있다.
만약, 전류 비교부(130)에서 판단된 비교 결과값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우(S703), 전류 비교부(130)는 전류 초과 신호를 릴레이 제어부(150)에 전송하게 된다(S704).
반대로, 전류 비교부(130)에서 판단된 비교 결과값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하지 않는 경우 시작으로 돌아가게 된다.
릴레이 제어부(150)는 전류 초과 신호를 전송받아 프리차지 릴레이(141)의 동작 상태를 온(On)에서 오프(Off) 상태로 변경시키고, 메인 릴레이(143)의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에 오프 상태로 유지시키게 된다(S705).
결과적으로, 프리차지 릴레이(141) 및 메인 릴레이(143)의 동작 상태가 오프 상태가 됨으로써 배터리 랙(110)에 흐르는 전류를 차단하게 된다(S706).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법의 다른 예를 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 먼저 전압 측정부(160, 160b, ..., 160n)는 각각 복수의 배터리 랙에 인가된 전압을 측정하고, 측정된 전압값을 전압 비교부(170)로 전송하게 된다(S801).
다음으로, 전압 비교부(170)는 전압 측정부(160, 160b, ..., 160n)로부터 전송 받은 측정 전압값 간에 차를 계산하고, 계산된 결과값들 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 계산 결과값이 존재하는지 비교 및 판단하게 된다(S802).
여기서, 상기 기 설정된 허용 전압차는 배터리 랙 간에 전압차가 발생하는 경우이더라도 배터리 랙이 파손되지 않는 배터리 랙 간에 전압차로, 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다. 예를 들어, 기 설정된 허용 전압차는 50V일 수 있다.
만약, 전압 비교부(170)에서 계산 결과값들 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 계산 결과값이 존재한다고 판단하는 경우(S803), 전압 비교부(170)는 전압 불균형 신호를 릴레이 제어부(150)에 전송하게 된다(S804).
반대로, 전압 비교부(170)에서 계산 결과값들 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 계산 결과값이 존재하지 않는다고 판단하는 경우 시작으로 돌아가게 된다.
릴레이 제어부(150)는 전압 불균형 신호를 전송받아 용량 불균형이 발생하는 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 온(On)에서 오프(Off) 상태로 변경시키게 된다(S805).
결과적으로, 용량 불균형이 발생하는 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태가 오프 상태가 됨으로써 용량 불균형이 발생하는 배터리 랙과 정상 배터리 랙과의 연결을 차단하게 된다(S806).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 전기 자동차
10 : 배터리 20 : BMS
30 : ECU 40 : 인버터
50 : 모터
100 : 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치
100', 100" : 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템
110 : 배터리 랙
111 : 제1 배터리 랙 112 : 제2 배터리 랙
120 : 전압 측정부
130 : 비교부
141 : 프리차지 릴레이 142 : 프리차지 저항
143 : 메인 릴레이
150 : 릴레이 제어부
200 : 전력 변환 장치

Claims (24)

  1. 복수의 배터리 모듈(Battery Module)을 포함하는 배터리 랙의 전류값을 측정하는 전류 측정부;
    상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값의 대소를 비교하는 전류 비교부;
    프리차지 릴레이(Precharge Relay)의 동작 상태가 온(On) 상태로 변경된 후, 메인 릴레이(Main Relay)의 동작 상태가 오프(Off)에서 온(On) 상태로 변경되기 전에 상기 전류 비교부를 통해 도출된 비교 결과값을 근거하여 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 릴레이 제어부; 및
    상기 배터리 랙의 전압값을 측정하는 전압 측정부;를 포함하되,
    하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비되어, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정 및 해당 배터리 랙의 전압값을 측정하는 과정을 개별적으로 수행하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리차지 릴레이는,
    상기 배터리 랙의 용량에 따라 저항값이 결정되는 프리차지 저항과 직렬로 연결되어 상기 배터리 랙으로 흐르는 과전류의 전류값을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    상기 배터리 랙에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 상기 전류 비교부로 전송하며 변류기 방식, 홀 소자 방식 및 퓨즈 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서(Current sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 비교부는,
    상기 전류 측정부로부터 전송받은 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 릴레이 제어부는,
    상기 전류 비교부로부터 상기 전류 초과 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키고 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 오프 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 배터리 랙 각각의 전압을 측정하는 상기 전압 측정부와 연결되어 상기 전압 측정부를 통해 측정된 복수의 전압값 간에 차를 계산하는 전압 비교부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 비교부는,
    상기 복수의 전압값 간에 차를 계산한 결과값 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되는 경우 전압 불균형 신호를 해당 배터리 랙의 릴레이 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 릴레이 제어부는,
    상기 전압 비교부로부터 상기 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 배터리 랙을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)에 포함되는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치.
  10. 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙의 전류값을 측정하는 전류 측정부;
    상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값의 대소를 비교하는 전류 비교부;
    프리차지 릴레이의 동작 상태가 온 상태로 변경된 후, 메인 릴레이의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에 상기 전류 비교부를 통해 도출된 비교 결과값을 근거하여 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 릴레이 제어부; 및
    상기 배터리 랙의 전압값을 측정하는 전압 측정부;를 포함하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치를 하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비하고, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정 및 해당 배터리 랙의 전압값을 측정하는 과정을 개별적으로 수행하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프리차지 릴레이는,
    상기 배터리 랙의 용량에 따라 저항값이 결정되는 프리차지 저항과 직렬로 연결되어 상기 배터리 랙으로 흐르는 과전류의 전류값을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    상기 배터리 랙에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 상기 전류 비교부로 전송하며 변류기 방식, 홀 소자 방식 및 퓨즈 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전류 비교부는,
    상기 전류 측정부로부터 전송받은 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 릴레이 제어부는,
    상기 전류 비교부로부터 상기 전류 초과 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키고 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 오프 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    복수의 배터리 랙 각각의 전압을 측정하는 상기 전압 측정부와 연결되어 상기 전압 측정부를 통해 측정된 복수의 전압값 간에 차를 계산하는 전압 비교부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전압 비교부는,
    상기 복수의 전압값 간에 차를 계산한 결과값 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되는 경우 전압 불균형 신호를 해당 배터리 랙의 릴레이 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 릴레이 제어부는,
    상기 전압 비교부로부터 상기 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 배터리 랙을 제어하는 배터리 관리 시스템에 포함되는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 시스템.
  19. (a) 전류 측정부, 전류 비교부, 릴레이 제어부, 및 전압 측정부를 포함하는 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치를 하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비하는 단계; 및
    (b) 상기 전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치가 상기 하나 이상의 배터리 랙 각각에 구비되어, 해당 배터리 랙에 대하여 해당 배터리 랙의 전류값을 측정하여 기 설정된 전류 제한값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 과정 및 해당 배터리 랙의 전압값을 측정하는 과정을 개별적으로 수행하는 단계;
    (c) 복수의 배터리 랙 각각의 전압을 측정하는 상기 전압 측정부와 연결되는 전압 비교부를 구비하는 단계; 및
    (d) 상기 복수의 배터리 랙의 전압값을 수신하여 복수의 전압값 간에 차를 계산하고, 상기 계산 결과에 따라 해당 배터리 랙의 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 전류 측정부가 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙의 전류값을 측정하는 단계;
    (b2) 상기 전류 비교부가 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값과 기 설정된 전류 제한값의 대소를 비교하는 단계;
    (b3) 상기 릴레이 제어부가 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태가 온 상태로 변경된 후, 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 오프에서 온 상태로 변경되기 전에 상기 상기 전류 비교부를 통해 도출된 비교 결과값을 근거하여 상기 프리차지 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하는 단계; 및
    (b4) 상기 전압 측정부가 상기 배터리 랙의 전압값을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 (b1) 단계는,
    상기 전류 측정부가 상기 배터리 랙에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 상기 전류 비교부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 (b2) 단계는,
    상기 전류 비교부가 상기 전류 측정부로부터 전송받은 전류값이 기 설정된 전류 제한값을 초과하는 경우 전류 초과 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 (b3) 단계는,
    상기 릴레이 제어부가 상기 전류 비교부로부터 상기 전류 초과 신호를 전송받는 경우, 상기 릴레이 제어부가 상기 프리차지 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키고 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 오프 상태로 유지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 전압 비교부가 상기 전압 측정부를 통해 측정된 복수의 전압값 간에 차를 계산하고, 계산한 결과값 중에서 기 설정된 허용 전압차를 초과하는 결과값이 산출되는 경우 전압 불균형 신호를 상기 릴레이 제어부에 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,상기 릴레이 제어부가 상기 전압 비교부로부터 상기 전압 불균형 신호를 전송받는 경우 상기 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이의 동작 상태를 온에서 오프 상태로 변경시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전류 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170051070A (ko) * 2015-11-02 2017-05-11 주식회사 엘지화학 Bms의 fet 제어 장치 및 방법
KR20200059966A (ko) 2018-11-22 2020-05-29 주식회사 엘지화학 Ess의 저전압 배터리 랙 관리 장치 및 방법
KR102346847B1 (ko) * 2020-12-31 2022-01-04 (주)에이피이씨 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150098554A (ko) * 2014-02-20 2015-08-28 주식회사 엘지화학 전압 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법
US10361570B2 (en) * 2015-12-01 2019-07-23 Ablic Inc. Charging/discharging control circuit and battery apparatus including voltage or current detection for secondary batteries
US10283982B2 (en) 2016-01-27 2019-05-07 Gm Global Technology Operations Llc. Voltage disconnect architecture
US11437827B2 (en) * 2016-03-01 2022-09-06 Volvo Truck Corporation Control of a relatively low current fed to a battery pack
JP2018004470A (ja) * 2016-07-04 2018-01-11 株式会社デンソーテン 異常検出装置、および組電池システム
KR101907373B1 (ko) * 2016-11-16 2018-10-12 현대오트론 주식회사 과충전 방지 장치 및 방법
CN108008315B (zh) * 2017-11-29 2019-02-19 北斗航天汽车（北京）有限公司 电池数据诊断方法和***
KR102055850B1 (ko) * 2017-12-21 2019-12-13 주식회사 엘지화학 전류 센서 진단 장치 및 방법
GB201800759D0 (en) 2018-01-17 2018-02-28 Siemens Ag Method of assembling an energy storage system
KR20200112248A (ko) * 2019-03-21 2020-10-05 주식회사 엘지화학 배터리 뱅크 제어 장치 및 방법
KR20220103917A (ko) 2019-08-28 2022-07-25 스파크차지 인코포레이티드 배터리 모듈
US11967842B2 (en) * 2020-10-09 2024-04-23 The Boeing Company Smart battery disconnect and protection architecture for airborne high-power modular multi-string battery pack
JP7350026B2 (ja) * 2021-03-25 2023-09-25 本田技研工業株式会社 制御装置及び車両
CN116788112B (zh) * 2023-08-17 2023-12-05 广州巨湾技研有限公司 一种动力电池***、电动汽车及动力电池***控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007037373A (ja) * 2005-07-29 2007-02-08 Honda Motor Co Ltd 充電装置
KR20120005368A (ko) 2010-07-08 2012-01-16 삼성에스디아이 주식회사 급속 충전 기능을 갖는 배터리 팩 및 그 충전 방법
KR20130015652A (ko) * 2011-08-04 2013-02-14 주식회사 엘지화학 이차 전지의 과전류 보호 장치, 보호 방법 및 전지 팩

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6239579B1 (en) * 1996-07-05 2001-05-29 Estco Battery Management Inc. Device for managing battery packs by selectively monitoring and assessing the operative capacity of the battery modules in the pack
KR101091268B1 (ko) * 2005-04-25 2011-12-07 주식회사 엘지화학 Ｈｅｖ와 ｅｖ를 위한 전지팩 관리방법
KR20080037941A (ko) 2006-10-27 2008-05-02 현대자동차주식회사 프리차져를 이용한 하이브리드 연료전지 차량에 있어서에너지 저장장치의 누설전류 측정장치 및 방법
US9537326B2 (en) 2009-04-16 2017-01-03 Valence Technology, Inc. Batteries, battery systems, battery submodules, battery operational methods, battery system operational methods, battery charging methods, and battery system charging methods
JP5533175B2 (ja) 2009-05-20 2014-06-25 日産自動車株式会社 組電池監視装置
KR101681033B1 (ko) * 2009-12-22 2016-11-30 에이비비 리써치 리미티드 단락 보호를 구비한 배터리 에너지 스토리지 시스템 및 방법
KR101057542B1 (ko) * 2010-01-26 2011-08-17 에스비리모티브 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그 구동 방법
CN102208820B (zh) * 2010-03-29 2013-08-21 比亚迪股份有限公司 一种储能电池组并联装置及其控制方法
US8593015B2 (en) * 2010-10-28 2013-11-26 A123 Systems Llc Battery balancing system
KR101255248B1 (ko) 2011-07-04 2013-04-16 로베르트 보쉬 게엠베하 배터리 관리 시스템 및 이의 제어 방법
JP2013017323A (ja) 2011-07-05 2013-01-24 Toyota Industries Corp セル均等化制御システム
US8582269B2 (en) 2011-08-04 2013-11-12 Lg Chem, Ltd. Overcurrent protection apparatus for secondary battery, protection method and battery pack
KR20130016652A (ko) 2011-08-08 2013-02-18 주식회사 두원공조 모드 2-도어 방식의 차량용 공기조화장치
JP5831760B2 (ja) * 2012-04-05 2015-12-09 株式会社デンソー 電源制御システムの異常診断装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007037373A (ja) * 2005-07-29 2007-02-08 Honda Motor Co Ltd 充電装置
KR20120005368A (ko) 2010-07-08 2012-01-16 삼성에스디아이 주식회사 급속 충전 기능을 갖는 배터리 팩 및 그 충전 방법
KR20130015652A (ko) * 2011-08-04 2013-02-14 주식회사 엘지화학 이차 전지의 과전류 보호 장치, 보호 방법 및 전지 팩

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170051070A (ko) * 2015-11-02 2017-05-11 주식회사 엘지화학 Bms의 fet 제어 장치 및 방법
KR20200059966A (ko) 2018-11-22 2020-05-29 주식회사 엘지화학 Ess의 저전압 배터리 랙 관리 장치 및 방법
KR102346847B1 (ko) * 2020-12-31 2022-01-04 (주)에이피이씨 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법

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