KR20220036554A - Battery apparatus, battery management system, and diagnosis method - Google Patents

Battery apparatus, battery management system, and diagnosis method Download PDF

Info

Publication number
KR20220036554A
KR20220036554A KR1020200118904A KR20200118904A KR20220036554A KR 20220036554 A KR20220036554 A KR 20220036554A KR 1020200118904 A KR1020200118904 A KR 1020200118904A KR 20200118904 A KR20200118904 A KR 20200118904A KR 20220036554 A KR20220036554 A KR 20220036554A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
energy
connection terminal
resistor
precharge
Prior art date
Application number
KR1020200118904A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
류제성
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200118904A priority Critical patent/KR20220036554A/en
Publication of KR20220036554A publication Critical patent/KR20220036554A/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/06Arrangements for measuring electric power or power factor by measuring current and voltage
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/364Battery terminal connectors with integrated measuring arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644Constructional arrangements
    • G01R31/3646Constructional arrangements for indicating electrical conditions or variables, e.g. visual or audible indicators
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/64Testing of capacitors
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18Status alarms
    • G08B21/182Level alarms, e.g. alarms responsive to variables exceeding a threshold
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304Overcurrent protection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

A battery device charges a capacitor through precharge resistance during a precharge period, measures a voltage of a positive pole connection terminal and a current of precharge resistance of the battery device during the precharge period, calculates supply energy based on the measured voltage of the positive pole connection terminal and the current of the precharge resistance, and diagnoses supply energy based on a voltage of a battery pack and a voltage of the positive pole connection terminal measured before charging the capacitor.

Description

배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법{BATTERY APPARATUS, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM, AND DIAGNOSIS METHOD}BATTERY APPARATUS, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM, AND DIAGNOSIS METHOD

본 발명은 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery device, a battery management system, and a diagnostic method.

전기 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전기 자동차 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다.An electric vehicle is a vehicle that obtains power by driving a motor using a battery as a power source, and research is being actively conducted in that it is an alternative to the pollution and energy problems of internal combustion vehicles. In addition, rechargeable batteries are used in various external devices other than electric vehicles.

최근, 높은 출력과 큰 충전 용량을 가지는 배터리가 요구됨에 따라 복수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 팩이 사용되고 있다. 또한, 출력과 용량이 늘어나면서 배터리 팩의 잠재적인 위험이 증가하고 있다. 특히, 배터리 팩에 과전류가 흐를 때 이를 진단하지 못하는 경우, 과전류로 인해 외부 장치에 문제가 발생할 수 있다.Recently, as a battery having a high output and a large charging capacity is required, a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series or in parallel is used. Additionally, as output and capacity increase, the potential risk of battery packs increases. In particular, if an overcurrent cannot be diagnosed when an overcurrent flows in the battery pack, a problem may occur in an external device due to the overcurrent.

이러한 과전류 중에서 구동 초기에 발생하는 돌입 전류(rush current)를 방지하기 위해서 프리차지 회로가 사용되고 있다. 프리차지 회로는 구동 초기에 프리차지 저항을 통해 외부 장치의 인버터 등에 연결되어 있는 커패시터를 먼저 충전함으로써 돌입 전류를 방지할 수 있다. 이러한 프리차지 저항에는 구동 초기에 발생할 수 있는 과전류가 수시로 흐르며, 장시간 프리차지 저항에 과전류가 흐르는 경우, 프리차지 저항이 과열되어 프리차지 회로뿐만 아니라, 배터리 팩 전체가 파손될 수 있다.Among these overcurrents, a precharge circuit is used in order to prevent a rush current generated at the initial stage of driving. The precharge circuit may prevent an inrush current by first charging a capacitor connected to an inverter of an external device through a precharge resistor at an initial stage of driving. An overcurrent that may occur at the initial stage of driving frequently flows through the precharge resistor, and when an overcurrent flows through the precharge resistor for a long time, the precharge resistor overheats, and not only the precharge circuit but also the entire battery pack may be damaged.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 프리차지 저항을 통해 공급되는 에너지를 진단할 수 있는 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a battery device capable of diagnosing energy supplied through a precharge resistor, a battery management system, and a diagnosis method.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 배터리 팩, 제1 스위치, 저항, 제2 스위치, 감지 회로 및 처리 회로를 포함하는 배터리 장치가 제공된다. 상기 제1 스위치와 상기 저항은 상기 배터리 팩의 양극 단자와 외부 장치와의 연결을 위한 양극 연결 단자 사이에 직렬로 연결되어 있다. 상기 제2 스위치는 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 외부 장치와의 연결을 위한 음극 연결 단자 사이에 연결되어 있다. 상기 감지 회로는 상기 양극 연결 단자의 전압을 측정하고, 상기 저항의 전류를 측정한다. 상기 처리 회로는 상기 제1 스위치를 닫기 전에 상기 제2 스위치를 닫은 상태에서 상기 양극 연결 단자의 전압을 측정하고, 프리차지 기간 동안 상기 제2 스위치를 닫아서 상기 외부 장치의 커패시터를 충전하고, 상기 프리차지 기간에서 측정하는 상기 양극 연결 단자의 전압 및 상기 저항의 전류에 기초해서 공급 에너지를 계산하고, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 제1 스위치를 닫기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 기준 에너지를 결정하고, 상기 공급 에너지와 상기 기준 에너지를 비교한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a battery device comprising a battery pack, a first switch, a resistor, a second switch, a sensing circuit and a processing circuit. The first switch and the resistor are connected in series between the positive terminal of the battery pack and the positive connection terminal for connection to an external device. The second switch is connected between the negative terminal of the battery pack and the negative connection terminal for connection to the external device. The sensing circuit measures the voltage of the positive connection terminal and measures the current of the resistor. The processing circuit measures a voltage of the positive connection terminal in a state in which the second switch is closed before closing the first switch, closes the second switch during a precharge period to charge a capacitor of the external device, and The supply energy is calculated based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor measured in the charge period, and a reference based on the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before the first switch is closed Determine the energy and compare the supplied energy with the reference energy.

상기 감지 회로는 상기 프리차지 기간에서 소정 주기마다 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류를 측정할 수 있다. 이 경우, 상기 처리 회로는 각 주기에서 측정된 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류에 기초해서 각 주기에서의 에너지를 계산하고, 상기 프리차지 기간 동안 계산된 각 주기에서의 상기 에너지를 누적하여서 상기 공급 에너지를 계산할 수 있다. 또는, 상기 처리 회로는 각 주기에서 상기 공급 에너지를 상기 기준 에너지와 비교하며, 각 주기에서 측정된 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류에 기초해서 각 주기에서의 에너지를 계산하고, 현재 주기까지 계산된 각 주기에서의 상기 에너지를 누적하여서 상기 현재 주기에서의 상기 공급 에너지를 계산할 수 있다.The sensing circuit may measure the voltage of the positive electrode connection terminal and the current of the resistor at predetermined intervals in the precharge period. In this case, the processing circuit calculates energy in each cycle based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor measured in each cycle, and accumulates the energy in each cycle calculated during the precharge period Thus, the supply energy can be calculated. Alternatively, the processing circuit compares the supply energy with the reference energy in each period, calculates the energy in each period based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor measured in each period, and a current period By accumulating the energy in each period calculated up to , the supply energy in the current period may be calculated.

상기 처리 회로는, 각 주기에서, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 전압, 상기 저항의 전류 및 한 주기에 해당하는 시간에 기초해서 각 주기에서의 상기 에너지를 계산할 수 있다.The processing circuit is configured to calculate, in each cycle, the energy in each cycle based on a voltage corresponding to a difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive electrode connection terminal, a current of the resistor, and a time corresponding to one cycle. can

상기 기준 에너지는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 제1 스위치를 닫기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 전압, 상기 저항 및 상기 커패시터에 의해 의해 형성되는 회로에 이론적으로 계산되는 에너지에 기초해서 결정될 수 있다.The reference energy is a voltage corresponding to a difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before closing the first switch, and energy theoretically calculated in a circuit formed by the resistor and the capacitor. can be determined based on

상기 처리 회로는 복수의 직류 전압에 각각 대응하는 복수의 기준 에너지를 저장하고, 상기 복수의 기준 에너지 중에서 상기 배터리 팩의 전압과 상기 제1 스위치를 닫기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 직류 전압에 대응하는 기준 에너지를 추출할 수 있다.The processing circuit stores a plurality of reference energies respectively corresponding to a plurality of DC voltages, and is based on a difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before closing the first switch among the plurality of reference energies. Reference energy corresponding to the corresponding DC voltage may be extracted.

상기 처리 회로는 상기 공급 에너지가 상기 기준 에너지를 넘는 경우, 진단이 필요하다는 경고를 발생시킬 수 있다.The processing circuitry may generate an alert that a diagnosis is required if the supply energy exceeds the reference energy.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리 팩을 외부 장치에 연결되는 양극 연결 단자와 음극 연결 단자를 가지는 배터리 장치의 진단 방법이 제공된다. 상기 진단 방법은, 상기 외부 장치의 커패시터를 충전하기 전에 상기 양극 연결 단자의 전압을 측정하는 단계, 프리차지 기간에서 상기 배터리 팩에서 프리차지 저항을 통해 상기 커패시터를 충전하는 단계, 상기 프리차지 기간에서 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 프리차지 저항의 전류를 측정하는 단계, 상기 프리차지 기간에서 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압 및 상기 프리차지 저항의 전류에 기초해서 공급 에너지를 계산하는 단계, 그리고 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 상기 공급 에너지를 진단하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for diagnosing a battery device having a positive connection terminal and a negative connection terminal for connecting a battery pack to an external device. The diagnostic method may include measuring a voltage of the positive connection terminal before charging the capacitor of the external device, charging the capacitor through a precharge resistor in the battery pack in a precharge period, and in the precharge period measuring the voltage of the positive connection terminal and the current of the precharge resistor, calculating supply energy based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the precharge resistor measured in the precharge period, and the and diagnosing the supply energy based on the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before charging the capacitor.

상기 공급 에너지를 진단하는 단계는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 기준 에너지를 결정하는 단계, 그리고 상기 공급 에너지와 상기 기준 에너지를 비교하여서 상기 공급 에너지를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.The diagnosing of the supply energy may include determining a reference energy based on a voltage of the battery pack and a voltage of the positive connection terminal measured before charging the capacitor, and comparing the supply energy with the reference energy. diagnosing the supply energy.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배터리 팩과 프리차지 저항을 포함하며, 상기 배터리 팩을 외부 장치에 연결되는 양극 연결 단자와 음극 연결 단자를 가지는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템이 제공된다. 상기 배터리 관리 시스템은 감지 회로와 처리 회로를 포함한다. 상기 감지 회로는 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 프리차지 저항의 전류를 측정한다. 상기 처리 회로는 프리차지 기간에서 상기 프리차지 저항을 통해 상기 커패시터를 충전하고, 상기 프리차지 기간에서 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압 및 상기 프리차지 저항의 전류에 기초해서 공급 에너지를 계산하고, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 상기 공급 에너지를 진단한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a battery management system for a battery device including a battery pack and a precharge resistor, and having a positive connection terminal and a negative connection terminal for connecting the battery pack to an external device. The battery management system includes a sensing circuit and a processing circuit. The sensing circuit measures the voltage of the positive connection terminal and the current of the precharge resistor. the processing circuit charges the capacitor through the precharge resistor in a precharge period, calculates the supply energy based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the precharge resistor measured in the precharge period, and The supply energy is diagnosed based on the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before charging the capacitor.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 프리차지 저항을 통해 공급된 에너지를 진단하여서 프리차지 저항 또는 다른 회로에 손상이 가는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프리차지 기간 전에 커패시터에 충전된 초기 전압을 고려해서 공급 에너지를 진단할 수 있으므로, 정확한 진단이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent damage to the precharge resistor or other circuits by diagnosing the energy supplied through the precharge resistor. According to another exemplary embodiment, since the supply energy may be diagnosed in consideration of the initial voltage charged in the capacitor before the pre-charge period, accurate diagnosis is possible.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서의 스위칭 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서 직류 전압과 기준 에너지 사이의 매핑을 나타내는 테이블이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating a battery device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a switching timing in a battery device according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a diagnosis method in a battery device according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a diagnosis method in a battery device according to another embodiment of the present invention.
5 is a table illustrating a mapping between a DC voltage and reference energy in a battery device according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a diagnosis method in a battery device according to another embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.In the description below, expressions described in the singular may be construed in the singular or plural unless an explicit expression such as “one” or “single” is used.

도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.In the flowchart described with reference to the drawings, the order of operations may be changed, several operations may be merged, some operations may be divided, and specific operations may not be performed.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치를 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서의 스위칭 타이밍을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a battery device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a switching timing in a battery device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 배터리 장치(100)는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치(10)에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 외부 장치가 부하인 경우, 배터리 장치(100)는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전된다. 부하로 동작하는 외부 장치(10)는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility)일 수 있다.Referring to FIG. 1 , the battery device 100 has a structure that can be electrically connected to the external device 10 through a positive connection terminal DC(+) and a negative connection terminal DC(-). When the external device is a load, the battery device 100 operates as a power supply that supplies power to the load and is discharged. The external device 10 operating as a load may be, for example, an electronic device, a transportation means or an energy storage system (ESS), and the transportation means may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or smart mobility. ) can be

배터리 장치(100)는 배터리 팩(110), 스위치 회로, 프리차지 회로, 감지 회로(140) 및 처리 회로(150)를 포함한다.The battery device 100 includes a battery pack 110 , a switch circuit, a precharge circuit, a sensing circuit 140 , and a processing circuit 150 .

배터리 팩(110)은 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함하며, 양극 단자(PV(+))와 음극 단자(PV(-))를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 한 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈을 구성하여 원하는 전력을 공급할 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.The battery pack 110 includes a plurality of battery cells (not shown), and has a positive terminal PV(+) and a negative terminal PV(-). In some embodiments, the battery cell may be a rechargeable secondary cell. In one embodiment, a predetermined number of battery cells are connected in series in the battery pack 110 to configure a battery module to supply desired power. In another embodiment, a predetermined number of battery modules may be connected in series or parallel in the battery pack 110 to supply desired power.

스위치 회로는 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있는 양극 메인 스위치(121) 및 배터리 팩(110)의 음극 단자(PV(-))와 배터리 장치(100)의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결되어 있는 음극 메인 스위치(122)를 포함한다. 한 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 릴레이로 형성되는 컨택터일 수 있다. 다른 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 트랜지스터 등의 전기적 스위치일 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치 회로는 스위치(121, 122)를 각각 제어하는 구동 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.The switch circuit includes the positive main switch 121 and the battery pack 110 connected between the positive terminal (PV(+)) of the battery pack 110 and the positive connection terminal (DC(+)) of the battery device 100 . and a negative main switch 122 connected between the negative terminal PV(-) of the battery device 100 and the negative connection terminal DC(-) of the battery device 100 . In one embodiment, each of the switches 121 and 122 may be a contactor formed of a relay. In another embodiment, each of the switches 121 and 122 may be an electrical switch such as a transistor. In some embodiments, the switch circuit may further include a driving circuit (not shown) for controlling the switches 121 and 122 , respectively.

프리차지 회로는 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있으며, 연결 단자(DC(+), DC(-))에 연결되는 외부 장치(10)의 커패시터(11)를 먼저 충전할 수 있다. 어떤 실시예에서, 프리차지 회로는 직렬로 연결되어 있는 프리차지 저항(131)과 프리차지 스위치(132)를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 프리차지 스위치(132)는 릴레이로 형성되는 컨택터일 수 있다. 다른 실시예에서, 프리차지 스위치(132)는 트랜지스터 등의 전기적 스위치일 수 있다. 어떤 실시예에서, 프리차지 회로는 프리차지 스위치(132)를 제어하는 구동 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.The precharge circuit is connected between the positive terminal (PV(+)) of the battery pack 110 and the positive connection terminal (DC(+)) of the battery device 100, and the connection terminals DC(+), DC( The capacitor 11 of the external device 10 connected to -)) may be charged first. In some embodiments, the precharge circuit may include a precharge resistor 131 and a precharge switch 132 connected in series. In one embodiment, the precharge switch 132 may be a contactor formed of a relay. In another embodiment, the precharge switch 132 may be an electrical switch such as a transistor. In some embodiments, the precharge circuit may further include a driving circuit (not shown) for controlling the precharge switch 132 .

감지 회로(140)는 배터리 장치(100)에서 원하는 지점의 전압을 측정하고, 배터리 팩(110)과 외부 장치(10) 사이에 흐르는 전류를 측정한다. 어떤 실시예에서, 감지 회로(140)는 배터리 장치(100)의 양극 연결 단자(DC(+))의 전압과 프리차지 저항(131)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.The sensing circuit 140 measures a voltage at a desired point in the battery device 100 and measures a current flowing between the battery pack 110 and the external device 10 . In some embodiments, the sensing circuit 140 may measure a voltage of the positive connection terminal DC(+) of the battery device 100 and a current flowing through the precharge resistor 131 .

처리 회로(150)는 스위치(121, 122, 132)의 동작을 제어할 수 있다. 또한 처리 회로(150)는 감지 회로(140)에 측정한 전압과 전류에 기초해서 프리차지 저항을 통해 공급되는 전기 에너지의 양을 추정할 수 있다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 프로세서를 포함하는 회로일 수 있으며, 프로세서는 예를 들면 마이크로 제어 장치(micro controller unit, MCU)일 수 있다.The processing circuit 150 may control operations of the switches 121 , 122 , and 132 . Also, the processing circuit 150 may estimate the amount of electrical energy supplied through the precharge resistor based on the voltage and current measured by the sensing circuit 140 . In some embodiments, processing circuit 150 may be a circuit including a processor, which may be, for example, a micro controller unit (MCU).

어떤 실시예에서, 감지 회로(140)와 처리 회로(150)는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)에 포함될 수 있다.In some embodiments, the sensing circuit 140 and the processing circuit 150 may be included in a battery management system (BMS) of the battery device.

도 2를 참고하면, 배터리 장치의 초기 구동 시에 처리 회로(150)는 메인 음극 스위치(122)를 먼저 닫는다. 다음, 처리 회로(150)는 메인 음극 스위치(122)를 켠 상태에서 프리차지 스위치(132)를 닫는다. 이에 따라, 배터리 팩(110)으로부터 프리차지 저항(131)을 통해 외부 장치(10)의 커패시터(11)로 프리차지 전류가 공급되어 커패시터(11)가 충전될 수 있다. 프리차지 스위치(132)를 닫아서 커패시터(11)를 충전하는 기간을 프리차지 기간이라 할 수 있다.Referring to FIG. 2 , when the battery device is initially driven, the processing circuit 150 first closes the main negative switch 122 . Next, the processing circuit 150 closes the precharge switch 132 while the main negative switch 122 is turned on. Accordingly, a precharge current may be supplied from the battery pack 110 to the capacitor 11 of the external device 10 through the precharge resistor 131 to charge the capacitor 11 . A period in which the capacitor 11 is charged by closing the precharge switch 132 may be referred to as a precharge period.

다음, 외부 장치(10)의 커패시터(11)를 충전한 후에, 처리 회로(150)는 배터리 팩(110)의 전압을 외부 장치(10)로 전달하기 위해서 양극 메인 스위치(121)를 닫는다. 이 경우, 프리차지가 완료되었으므로, 처리 회로(150)는 프리차지 스위치(132)를 열 수 있다. 따라서, 외부 장치(10)의 커패시터(11)에 충전된 전압에 의해 외부 장치(10)로 배터리 팩(110)의 전압을 공급할 때 돌입 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 스위치의 닫힘은 스위치 온(on)이라 할 수 있고, 스위치의 열림은 스위치의 오프(off)라 할 수도 있다.Next, after charging the capacitor 11 of the external device 10 , the processing circuit 150 closes the positive main switch 121 to transfer the voltage of the battery pack 110 to the external device 10 . In this case, since the precharge is completed, the processing circuit 150 may open the precharge switch 132 . Accordingly, it is possible to prevent inrush current from occurring when the voltage of the battery pack 110 is supplied to the external device 10 by the voltage charged in the capacitor 11 of the external device 10 . Closing of the switch may be referred to as switch-on, and opening of the switch may be referred to as switch-off.

다음, 프리차지 기간에서 프리차지 저항을 통해 공급되는 에너지를 진단하는 방법에 대해서 도 3 내지 도 6을 참고로 하여 설명한다.Next, a method of diagnosing the energy supplied through the precharge resistor in the precharge period will be described with reference to FIGS. 3 to 6 .

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치에서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a diagnosis method in a battery device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 배터리 장치의 처리 회로(예를 들면, 도 1의 150)는 음극 메인 스위치(예를 들면, 도 1의 122)를 닫고(S310), 프리차지 스위치(예를 들면, 도 1의 132)를 닫는다(S320). 이에 따라, 프리차지 기간이 시작되어서 외부 장치의 커패시터(예를 들면, 도 1의 11)가 충전될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the processing circuit (eg, 150 of FIG. 1 ) of the battery device closes the negative main switch (eg, 122 of FIG. 1 ) ( S310 ), and the precharge switch (eg, FIG. 1 ) 132 of 1 is closed (S320). Accordingly, the precharge period may start to charge the capacitor (eg, 11 of FIG. 1 ) of the external device.

감지 회로(예를 들면, 도 1의 140)는 배터리 장치의 양극 연결 단자(예를 들면, DC(+))의 전압을 측정한다(S330). 또한 감지 회로(140)는 배터리 팩(예를 들면, 도 1의 110)에서 프리차지 저항(예를 들면, 도 1의 131)를 통해 커패시터(11)로 흐르는 전류를 측정한다(S340). 감지 회로(140)는 소정 주기마다 양극 연결 단자(DC(+))의 전압과 프리차지 저항(131)의 전류를 반복적으로 측정한다(S330, S340). 각 주기에서, 처리 회로(150)는 양극 연결 단자(DC(+))의 전압과 프리차지 저항(131)의 전류에 기초해서 현재 주기에서 공급된 전기 에너지를 계산한다(S350). 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 배터리 팩의 전압과 양극 연결 단자(DC(+))의 전압의 차이에 해당하는 전압, 프리차지 저항(131)의 전류 및 한 주기에 해당하는 시간을 곱하여서 현재 주기에서 공급된 전기 에너지를 계산할 수 있다. 또한 처리 회로(150)는 이전 주기까지 누적된 전기 에너지에 현재 주기에서 계산된 전기 에너지를 누적하여서 현재 주기까지 공급된 전기 에너지를 계산할 수 있다(S350). 프리차지 기간이 끝나기 전까지(S360), 처리 회로(150)는 소정 주기마다 전기 에너지를 계산하는 동작을 반복적으로 수행한다(S330, S340, S350).The sensing circuit (eg, 140 in FIG. 1 ) measures the voltage of the positive connection terminal (eg, DC(+)) of the battery device ( S330 ). Also, the sensing circuit 140 measures a current flowing from the battery pack (eg, 110 in FIG. 1 ) to the capacitor 11 through a precharge resistor (eg, 131 in FIG. 1 ) ( S340 ). The sensing circuit 140 repeatedly measures the voltage of the positive connection terminal DC(+) and the current of the precharge resistor 131 at predetermined intervals (S330 and S340). In each cycle, the processing circuit 150 calculates the electric energy supplied in the current cycle based on the voltage of the positive connection terminal DC(+) and the current of the precharge resistor 131 ( S350 ). In some embodiments, the processing circuit 150 calculates a voltage corresponding to the difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal DC (+), the current of the precharge resistor 131, and a time corresponding to one cycle. Multiply it to calculate the electrical energy supplied in the current period. In addition, the processing circuit 150 may calculate the electric energy supplied up to the current period by accumulating the electric energy calculated in the current period to the electric energy accumulated up to the previous period ( S350 ). Until the precharge period ends ( S360 ), the processing circuit 150 repeatedly performs an operation of calculating electric energy at predetermined intervals ( S330 , S340 , and S350 ).

이에 따라, 처리 회로(150)는 프리차지 기간 동안 프리차지 저항을 통해 공급되는 공급 에너지를 계산할 수 있다. 예를 들면, 처리 회로(150)는 프리차지 기간 동안 공급되는 공급 에너지(E1)를 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.Accordingly, the processing circuit 150 may calculate the supply energy supplied through the precharge resistor during the precharge period. For example, the processing circuit 150 may calculate the supply energy E1 supplied during the precharge period as in Equation 1 .

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서 VR(i)는 배터리 팩(110)의 전압과 i번째 주기에서 측정된 양극 연결 단자(DC(+))의 전압의 차이에 해당하는 전압이고, IR(i)는 i번째 주기에서 측정된 프리차지 저항(131)의 전류이며, TC는 한 주기에 해당하는 시간이고, N는 전압 및 전류가 측정되는 횟수이다.In Equation 1, V R (i) is a voltage corresponding to the difference between the voltage of the battery pack 110 and the voltage of the positive connection terminal (DC(+)) measured in the i-th cycle, and I R (i) is i The current of the precharge resistor 131 measured in the th cycle, T C is the time corresponding to one cycle, and N is the number of times the voltage and current are measured.

이와 같이, 처리 회로(150)는 각 주기에서 측정된 전압(VR(i))과 전류(IR(i))의 곱에 한 주기에 해당하는 시간(TC)을 곱해서 각 주기에서 프리차지 저항(131)을 통해 공급되는 전기 에너지를 계산하고, 각 주기의 전기 에너지를 이전 주기까지 누적된 전기 에너지에 더할 수 있다. 이러한 과정을 통해 마지막 주기에서 계산된 전기 에너지까지 누적하여 더함으로써 프리차지 기간 동안 프리차지 저항을 통해 실제로 공급된 공급 에너지를 계산할 수 있다.As such, the processing circuit 150 multiplies the product of the voltage (V R (i)) and the current ( IR (i)) measured in each period by the time ( TC ) corresponding to one period to obtain a free value in each period. The electrical energy supplied through the charge resistor 131 may be calculated, and the electrical energy of each cycle may be added to the electrical energy accumulated up to the previous cycle. By accumulating and adding up to the electrical energy calculated in the last cycle through this process, it is possible to calculate the supply energy actually supplied through the precharge resistor during the precharge period.

프리차지 기간이 종료될 때, 처리 회로(150)는 계산한 공급 에너지를 배터리 팩(110)의 전압에 따른 기준 에너지와 비교한다(S370). 어떤 실시예에서, 기준 에너지는 프리차지 저항(131)와 커패시터(11)가 직렬로 연결되어 있는 RC 회로의 전원으로 배터리 팩(110)이 사용될 때 이론적으로 계산되는 에너지에 기초해서 결정될 수 있다. 예를 들면, 이론적인 에너지(E2)는 수학식 2와 같이 계산될 수 있다. When the precharge period ends, the processing circuit 150 compares the calculated supply energy with a reference energy according to the voltage of the battery pack 110 ( S370 ). In some embodiments, the reference energy may be determined based on energy theoretically calculated when the battery pack 110 is used as a power source of an RC circuit in which the precharge resistor 131 and the capacitor 11 are connected in series. For example, the theoretical energy E2 may be calculated as in Equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 2에서 Vp(0)는 프리차지 기간 시작 시에 배터리 팩(110)의 전압이고, R은 프라차지 저항(131)의 저항값이며, C는 커패시터(11)의 커패시턴스이며, T는 프리차지 기간에 해당하는 시간이다.In Equation 2, V p (0) is the voltage of the battery pack 110 at the start of the pre-charge period, R is the resistance value of the pre-charge resistor 131, C is the capacitance of the capacitor 11, and T is This is the time corresponding to the pre-charge period.

어떤 실시예에서, 기준 에너지는 이론적인 에너지에 기초해서 결정될 수 있으며, 이론적인 에너지의 K배로 결정될 수 있다. 어떤 실시예에서, K는 1 이상의 실수이며, 배터리 장치를 포함하는 전체 시스템을 고려해서 허용될 수 있는 범위 내에서 결정될 수 있다. 예를 들면, 이론적인 에너지보다 이론적인 에너지의 50%만큼 더 많은 에너지를 기준 에너지로 설정하는 경우, K를 1.5로 설정할 수 있다. 다른 예로, 이론적인 에너지보다 이론적인 에너지의 100%만큼 더 많은 에너지를 기준 에너지로 설정하는 경우, K를 2로 설정할 수 있다.In some embodiments, the reference energy may be determined based on the theoretical energy, and may be determined as K times the theoretical energy. In some embodiments, K is a real number greater than or equal to 1, and may be determined within an acceptable range considering the entire system including the battery device. For example, when 50% more energy than the theoretical energy is set as the reference energy, K may be set to 1.5. As another example, when energy as much as 100% of the theoretical energy than the theoretical energy is set as the reference energy, K may be set to 2.

어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 다양한 직류 전압에 각각 대응하는 기준 에너지를 메모리에 저장하고 있을 수 있다. 이 경우, 처리 회로(150)는 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 기준 에너지를 메모리로부터 추출할 수 있다.In some embodiments, the processing circuit 150 may store reference energy respectively corresponding to various DC voltages in a memory. In this case, the processing circuit 150 may extract reference energy corresponding to the voltage of the battery pack 110 from the memory.

처리 회로(150)는 공급 에너지가 기준 에너지를 넘는 경우, 배터리 장치의 진단이 필요하다는 경고를 발생시킬 수 있다(S380). 이에 따라, 배터리 장치의 진단을 수행함으로써, 프리차지 저항에 과도한 에너지가 흐르는 상황을 방지하여서 프리차지 저항뿐만 아니라 다른 회로에 손상이 가는 것을 방지할 수 있다.When the supplied energy exceeds the reference energy, the processing circuit 150 may generate a warning that a diagnosis of the battery device is required ( S380 ). Accordingly, by performing the diagnosis of the battery device, it is possible to prevent a situation in which excessive energy flows in the precharge resistor, thereby preventing damage not only to the precharge resistor but also to other circuits.

한편, 배터리 장치의 초기 구동 시에 커패시터(11)에 전압이 충전되어 있을 수 있다. 도 3을 참고로 하여 설명한 실시예에서는 초기 구동 시에 커패시터(11)에 전압이 충전되어 있지 않은 것을 가정하여서 기준 에너지가 결정되어 있으므로, 커패시터(11)에 전압이 충전되어 있는 경우 정확한 진단이 어려울 수 있다.Meanwhile, a voltage may be charged in the capacitor 11 when the battery device is initially driven. In the embodiment described with reference to FIG. 3 , since the reference energy is determined on the assumption that the voltage is not charged in the capacitor 11 during initial driving, accurate diagnosis is difficult when the voltage is charged in the capacitor 11 . can

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서 직류 전압과 기준 에너지 사이의 매핑을 나타내는 테이블이다.4 is a flowchart illustrating a diagnosis method in a battery device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a table illustrating a mapping between a DC voltage and reference energy in a battery device according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 배터리 장치의 처리 회로(예를 들면, 도 1의 150)는 음극 메인 스위치(예를 들면, 도 1의 122)를 닫은 후에(S410), 감지 회로(예를 들면, 도 1의 140)가 배터리 장치의 양극 연결 단자(예를 들면, DC(+))의 전압을 측정한다(S415). 다음, 처리 회로(150)는 프리차지 스위치(예를 들면, 도 1의 132)를 닫는다(S420). 이에 따라, 프리차지 기간이 시작되어서 외부 장치의 커패시터(예를 들면, 도 1의 11)가 충전될 수 있다. 또한, 프리차지 스위치(132)를 닫기 전에 배터리 장치의 양극 연결 단자(DC(+))의 전압을 측정함으로써, 초기 구동 전에(즉, 프리차지 기간의 시작 전에) 커패시터(11)에 충전된 초기 전압을 측정할 수 있다.Referring to FIG. 4 , after the processing circuit (eg, 150 in FIG. 1 ) of the battery device closes the negative main switch (eg, 122 in FIG. 1 ) ( S410 ), the sensing circuit (eg, FIG. 1 ) 1 140) measures the voltage of the positive connection terminal (eg, DC (+)) of the battery device (S415). Next, the processing circuit 150 closes the precharge switch (eg, 132 of FIG. 1 ) ( S420 ). Accordingly, the precharge period may start to charge the capacitor (eg, 11 of FIG. 1 ) of the external device. In addition, by measuring the voltage of the positive connection terminal (DC(+)) of the battery device before closing the precharge switch 132 , the initial charge in the capacitor 11 before the initial driving (that is, before the start of the precharge period) voltage can be measured.

다음, 도 3의 단계 S330 내지 S360에서 설명한 것처럼, 소정 주기마다, 감지 회로(140)는 배터리 장치의 양극 연결 단자(DC(+))의 전압을 측정하고(S430), 배터리 팩(110)에서 프리차지 저항(예를 들면, 도 1의 131)를 통해 커패시터(11)로 흐르는 전류를 측정한다(S440). 각 주기에서, 처리 회로(150)는 양극 연결 단자(DC(+))의 전압과 프리차지 저항(131)의 전류에 기초해서 현재 주기에서 공급된 전기 에너지를 계산하고, 계산한 전기 에너지를 이전 주기까지 누적된 전기 에너지에 누적한다(S450). 프리차지 기간이 끝나기 전까지(S460), 감지 회로(140)와 처리 회로(150)는 소정 주기마다 전기 에너지를 계산하는 동작을 반복적으로 수행한다(S430, S440, S450).Next, as described in steps S330 to S360 of FIG. 3 , at every predetermined period, the sensing circuit 140 measures the voltage of the positive connection terminal (DC(+)) of the battery device (S430), and in the battery pack 110 A current flowing into the capacitor 11 through the precharge resistor (eg, 131 in FIG. 1 ) is measured ( S440 ). In each cycle, the processing circuit 150 calculates the electrical energy supplied in the current cycle based on the voltage of the positive connection terminal DC (+) and the current of the precharge resistor 131, and transfers the calculated electrical energy It is accumulated in the electric energy accumulated up to the cycle (S450). Until the precharge period ends ( S460 ), the sensing circuit 140 and the processing circuit 150 repeatedly perform an operation of calculating electric energy at predetermined intervals ( S430 , S440 , and S450 ).

이에 따라, 처리 회로(150)는 프리차지 기간 동안 프리차지 저항을 통해 공급되는 공급 에너지를 계산할 수 있다. 예를 들면, 처리 회로(150)는 프리차지 기간 동안 공급되는 공급 에너지를 앞서 설명한 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.Accordingly, the processing circuit 150 may calculate the supply energy supplied through the precharge resistor during the precharge period. For example, the processing circuit 150 may calculate the supply energy supplied during the precharge period as in Equation 1 described above.

프리차지 기간이 종료될 때, 처리 회로(150)는 계산한 공급 에너지를 배터리 팩(110)의 전압에 따른 기준 에너지와 비교한다(S370). 기준 에너지는 배터리 팩(110)의 전압과 단계 S415에서 측정한 양극 연결 단자(DC(+))의 전압, 즉 커패시터(11)의 초기 전압의 차이에 해당하는 전압에 기초해서 결정될 수 있다. When the precharge period ends, the processing circuit 150 compares the calculated supply energy with a reference energy according to the voltage of the battery pack 110 ( S370 ). The reference energy may be determined based on a voltage corresponding to a difference between the voltage of the battery pack 110 and the voltage of the positive connection terminal DC(+) measured in step S415 , that is, the initial voltage of the capacitor 11 .

어떤 실시예에서, 기준 에너지는 프리차지 저항(131)와 커패시터(11)가 직렬로 연결되어 있는 RC 회로의 전원으로 배터리 팩(110)이 사용될 때 이론적으로 계산되는 에너지에 기초해서 결정될 수 있다. 예를 들면, 이론적인 에너지(E3)는 수학식 3과 같이 계산될 수 있다. In some embodiments, the reference energy may be determined based on energy theoretically calculated when the battery pack 110 is used as a power source of an RC circuit in which the precharge resistor 131 and the capacitor 11 are connected in series. For example, the theoretical energy E3 may be calculated as in Equation 3.

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 3에서 Vp(0)는 프리차지 기간 시작 시에 배터리 팩(110)의 전압이고, VC(0)은 커패시터(11)의 초기 전압이며, R은 프라차지 저항(131)의 저항값이고, C는 커패시터(11)의 커패시턴스이며, T는 프리차지 기간에 해당하는 시간이다.In Equation 3, V p (0) is the voltage of the battery pack 110 at the start of the precharge period, V C (0) is the initial voltage of the capacitor 11, and R is the resistance of the precharge resistor 131 . value, C is the capacitance of the capacitor 11, and T is the time corresponding to the precharge period.

어떤 실시예에서, 기준 에너지는 이론적인 에너지에 기초해서 결정될 수 있으며, 이론적인 에너지의 K배로 결정될 수 있다. 어떤 실시예에서, 처리 회로(150)는 다양한 직류 전압에 각각 대응하는 기준 에너지를 메모리에 저장하고 있을 수 있다. 이 경우, 처리 회로(150)는 배터리 팩(110)의 전압과 커패시터(11)의 초기 전압의 차에 해당하는 직류 전압에 대응하는 기준 에너지를 메모리로부터 추출할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시한 것처럼, 복수의 직류 전압(Vdc1, Vdc2, ..., Vdcn)에 각각 대응하는 기준 에너지(Er1, Er2, ..., Ern)이 저장되어 있을 수 있다. 배터리 팩(110)의 전압과 커패시터(11)의 초기 전압이 차이가 예를 들어 Vdc2 전압인 경우, 처리 회로(150)는 Er2를 기준 에너지로 추출할 수 있다. 어떤 실시예에서, 메모리는 처리 회로(150)의 프로세서에 내장된 메모리이거나 프로세서가 접근 가능한 메모리일 수 있다.In some embodiments, the reference energy may be determined based on the theoretical energy, and may be determined as K times the theoretical energy. In some embodiments, the processing circuit 150 may store reference energy respectively corresponding to various DC voltages in a memory. In this case, the processing circuit 150 may extract the reference energy corresponding to the DC voltage corresponding to the difference between the voltage of the battery pack 110 and the initial voltage of the capacitor 11 from the memory. For example, as shown in FIG. 5 , reference energies Er1 , Er2 , ..., Ern respectively corresponding to a plurality of DC voltages Vdc1 , Vdc2 , ..., Vdcn may be stored. When the difference between the voltage of the battery pack 110 and the initial voltage of the capacitor 11 is, for example, a voltage of Vdc2 , the processing circuit 150 may extract Er2 as the reference energy. In some embodiments, the memory may be a memory embodied in the processor of the processing circuit 150 or memory accessible to the processor.

처리 회로(150)는 공급 에너지가 기준 에너지를 넘는 경우, 배터리 장치의 진단이 필요하다는 경고를 발생시킬 수 있다(S480). 이에 따라, 배터리 장치의 진단을 수행함으로써, 추후 프리차지 저항에 과도한 에너지가 흐르는 상황을 방지하여서 프리차지 저항뿐만 아니라 다른 회로에 손상이 가는 것을 방지할 수 있다. 또한 프리차지 기간 전에 커패시터(11)에 충전된 초기 전압을 고려해서 공급 에너지를 진단하므로, 정확한 진단이 가능하다.When the supplied energy exceeds the reference energy, the processing circuit 150 may generate a warning that the diagnosis of the battery device is required (S480). Accordingly, by performing the diagnosis of the battery device, it is possible to prevent a situation in which excessive energy flows to the precharge resistor in the future, thereby preventing damage to not only the precharge resistor but also other circuits. In addition, since the supply energy is diagnosed in consideration of the initial voltage charged in the capacitor 11 before the precharge period, accurate diagnosis is possible.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치에서의 진단 방법을 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a diagnosis method in a battery device according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 단계 S610, S615, S620, S630, S640 및 S650의 동작은 도 4를 참고로 하여 설명한 단계 S410, S415, S420, S430, S440 및 S450의 동작처럼 수행된다.Referring to FIG. 6 , the operations of steps S610, S615, S620, S630, S640 and S650 are performed like the operations of steps S410, S415, S420, S430, S440 and S450 described with reference to FIG. 4 .

다음, 처리 회로(150)는 각 주기에서 누적된 전기 에너지를 프리차지 저항(131)을 통해 공급된 공급 에너지로 결정하고, 공급 에너지를 기준 에너지와 비교한다(S660). 도 4를 참고로 하여 설명한 것처럼, 기준 에너지는 배터리 팩(110)의 전압과 단계 S615에서 측정한 양극 연결 단자(DC(+))의 전압, 즉 커패시터(11)의 초기 전압의 차이에 해당하는 전압에 기초해서 결정될 수 있다. 처리 회로(150)는 계산한 공급 에너지가 기준 에너지를 넘는 경우, 배터리 장치의 진단이 필요하다는 경고를 발생시킬 수 있다(S680).Next, the processing circuit 150 determines the electrical energy accumulated in each cycle as the supplied energy supplied through the precharge resistor 131 and compares the supplied energy with the reference energy ( S660 ). As described with reference to FIG. 4 , the reference energy corresponds to the difference between the voltage of the battery pack 110 and the voltage of the positive connection terminal (DC(+)) measured in step S615, that is, the initial voltage of the capacitor 11. It may be determined based on the voltage. When the calculated supply energy exceeds the reference energy, the processing circuit 150 may generate a warning that a diagnosis of the battery device is required ( S680 ).

처리 회로(150)는 프리차지 기간이 끝나기 전까지(S670), 감지 회로(140)와 처리 회로(150)는 소정 주기마다 공급 에너지를 계산하고 공급 에너지를 기준 에너지와 비교하는 동작을 반복적으로 수행한다(S630, S640, S650, S660).Until the precharge period ends (S670), the processing circuit 150 calculates the supply energy every predetermined period and repeatedly compares the supply energy with the reference energy. (S630, S640, S650, S660).

이와 같이, 처리 회로(150)는 각 주기마다 누적된 공급 에너지를 기준 에너지와 비교함으로써, 공급 에너지가 기준 에너지를 넘는 경우 프리차지 동작을 중지하고, 진단이 필요하다는 경고를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 프리차지 저항을 통해 과도한 에너지가 흐르는 것을 방지할 수 있다.In this way, the processing circuit 150 may stop the precharge operation when the supplied energy exceeds the reference energy by comparing the accumulated supply energy with the reference energy for each cycle, and may generate a warning that a diagnosis is required. Accordingly, it is possible to prevent excessive energy from flowing through the precharge resistor.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto. is within the scope of the right.

Claims (15)

배터리 팩,
상기 배터리 팩의 양극 단자와 외부 장치와의 연결을 위한 양극 연결 단자 사이에 직렬로 연결되는 제1 스위치 및 저항,
상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 외부 장치와의 연결을 위한 음극 연결 단자 사이에 연결되는 제2 스위치,
상기 양극 연결 단자의 전압을 측정하고, 상기 저항의 전류를 측정하는 감지 회로, 그리고
상기 제1 스위치를 닫기 전에 상기 제2 스위치를 닫은 상태에서 상기 양극 연결 단자의 전압을 측정하고, 프리차지 기간 동안 상기 제2 스위치를 닫아서 상기 외부 장치의 커패시터를 충전하고, 상기 프리차지 기간에서 측정하는 상기 양극 연결 단자의 전압 및 상기 저항의 전류에 기초해서 공급 에너지를 계산하고, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 제1 스위치를 닫기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 기준 에너지를 결정하고, 상기 공급 에너지와 상기 기준 에너지를 비교하는 처리 회로
를 포함하는 배터리 장치.
battery pack,
a first switch and a resistor connected in series between the positive terminal of the battery pack and the positive connection terminal for connection with an external device;
a second switch connected between the negative terminal of the battery pack and the negative connection terminal for connection with the external device;
a sensing circuit for measuring the voltage of the positive connection terminal and measuring the current of the resistor; and
Before closing the first switch, the voltage of the positive connection terminal is measured in a state in which the second switch is closed, the capacitor of the external device is charged by closing the second switch during the precharge period, and measurement is performed in the precharge period calculating the supply energy based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor, and determining the reference energy based on the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before closing the first switch, , a processing circuit that compares the supplied energy with the reference energy.
A battery device comprising a.
제1항에서,
상기 감지 회로는 상기 프리차지 기간에서 소정 주기마다 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류를 측정하고,
상기 처리 회로는 각 주기에서 측정된 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류에 기초해서 각 주기에서의 에너지를 계산하고, 상기 프리차지 기간 동안 계산된 각 주기에서의 상기 에너지를 누적하여서 상기 공급 에너지를 계산하는
배터리 장치.
In claim 1,
the sensing circuit measures the voltage of the positive electrode connection terminal and the current of the resistor at predetermined intervals in the precharge period;
The processing circuit calculates energy in each cycle based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor measured in each cycle, accumulates the energy in each cycle calculated during the precharge period, and supplies the to calculate energy
battery device.
제1항에서,
상기 감지 회로는 상기 프리차지 기간에서 소정 주기마다 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류를 측정하고,
상기 처리 회로는 각 주기에서 상기 공급 에너지를 상기 기준 에너지와 비교하며, 각 주기에서 측정된 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류에 기초해서 각 주기에서의 에너지를 계산하고, 현재 주기까지 계산된 각 주기에서의 상기 에너지를 누적하여서 상기 현재 주기에서의 상기 공급 에너지를 계산하는
배터리 장치.
In claim 1,
the sensing circuit measures the voltage of the positive electrode connection terminal and the current of the resistor at predetermined intervals in the precharge period;
The processing circuit compares the supply energy with the reference energy in each cycle, calculates the energy in each cycle based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor measured in each cycle, and calculates up to the current cycle To calculate the supply energy in the current period by accumulating the energy in each period
battery device.
제1항에서,
상기 처리 회로는, 각 주기에서, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 전압, 상기 저항의 전류 및 한 주기에 해당하는 시간에 기초해서 각 주기에서의 상기 에너지를 계산하는, 배터리 장치.
In claim 1,
The processing circuit calculates, in each cycle, the energy in each cycle based on a voltage corresponding to a difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive electrode connection terminal, a current of the resistor, and a time corresponding to one cycle which, battery device.
제1항에서,
상기 기준 에너지는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 제1 스위치를 닫기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 전압, 상기 저항 및 상기 커패시터에 의해 의해 형성되는 회로에 이론적으로 계산되는 에너지에 기초해서 결정되는, 배터리 장치.
In claim 1,
The reference energy is a voltage corresponding to a difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before closing the first switch, and energy theoretically calculated in a circuit formed by the resistor and the capacitor. determined based on the battery device.
제1항에서,
상기 처리 회로는
복수의 직류 전압에 각각 대응하는 복수의 기준 에너지를 저장하고 있으며,
상기 복수의 기준 에너지 중에서 상기 배터리 팩의 전압과 상기 제1 스위치를 닫기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 직류 전압에 대응하는 기준 에너지를 추출하는
배터리 장치.
In claim 1,
The processing circuit is
A plurality of reference energies respectively corresponding to a plurality of DC voltages are stored,
Extracting reference energy corresponding to a DC voltage corresponding to a difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before closing the first switch from among the plurality of reference energies
battery device.
제1항에서,
상기 처리 회로는 상기 공급 에너지가 상기 기준 에너지를 넘는 경우, 진단이 필요하다는 경고를 발생시키는, 배터리 장치.
In claim 1,
and the processing circuit generates an alert that a diagnosis is required if the supply energy exceeds the reference energy.
배터리 팩을 외부 장치에 연결하는 양극 연결 단자와 음극 연결 단자를 가지는 배터리 장치의 진단 방법으로서,
상기 외부 장치의 커패시터를 충전하기 전에, 상기 양극 연결 단자의 전압을 측정하는 단계,
프리차지 기간에서 상기 배터리 팩에서 저항을 통해 상기 커패시터를 충전하는 단계,
상기 프리차지 기간에서 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 저항의 전류를 측정하는 단계,
상기 프리차지 기간에서 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압 및 상기 저항의 전류에 기초해서 공급 에너지를 계산하는 단계, 그리고
상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 상기 공급 에너지를 진단하는 단계
를 포함하는 진단 방법.
A method for diagnosing a battery device having a positive connection terminal and a negative connection terminal for connecting a battery pack to an external device, the method comprising:
Before charging the capacitor of the external device, measuring the voltage of the positive connection terminal;
charging the capacitor through a resistor in the battery pack during a precharge period;
measuring the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor in the precharge period;
calculating supply energy based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the resistor measured in the precharge period; and
diagnosing the supply energy based on the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before charging the capacitor
A diagnostic method comprising
제8항에서,
상기 공급 에너지를 진단하는 단계는,
상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 기준 에너지를 결정하는 단계, 그리고
상기 공급 에너지와 상기 기준 에너지를 비교하여서 상기 공급 에너지를 진단하는 단계
를 포함하는 진단 방법.
In claim 8,
Diagnosing the supplied energy comprises:
determining a reference energy based on the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before charging the capacitor; and
diagnosing the supplied energy by comparing the supplied energy with the reference energy
A diagnostic method comprising
제9항에서,
상기 기준 에너지는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 전압, 상기 프리차지 저항 및 상기 커패시터에 의해 의해 형성되는 회로에 이론적으로 계산되는 에너지에 기초해서 결정되는, 진단 방법.
In claim 9,
The reference energy is a voltage corresponding to a difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before charging the capacitor, energy theoretically calculated in a circuit formed by the precharge resistor and the capacitor is determined based on the diagnostic method.
제9항에서,
상기 기준 에너지를 결정하는 단계는 복수의 직류 전압에 각각 대응하는 복수의 기준 에너지를 저장하고 있는 메모리로부터 상기 배터리 팩의 전압과 상기 제1 스위치를 닫기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압의 차이에 해당하는 직류 전압에 대응하는 기준 에너지를 추출하는 단계를 포함하는, 진단 방법.
In claim 9,
In the determining of the reference energy, the difference between the voltage of the battery pack and the voltage of the positive connection terminal measured before closing the first switch from a memory storing a plurality of reference energies respectively corresponding to a plurality of DC voltages. and extracting reference energy corresponding to the corresponding DC voltage.
제8항에서,
상기 프리차지 저항의 전류를 측정하는 단계는 상기 프리차지 기간에서 소정 주기마다 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 프리차지 저항의 전류를 측정하는 단계를 포함하며,
상기 공급 에너지를 계산하는 단계는 각 주기에서 측정된 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 프리차지 저항의 전류에 기초해서 상기 프리차지 기간 동안의 상기 공급 에너지를 계산하는 단계
를 포함하는 진단 방법.
In claim 8,
Measuring the current of the precharge resistor includes measuring the voltage of the positive electrode connection terminal and the current of the precharge resistor at predetermined intervals in the precharge period,
Calculating the supply energy may include calculating the supply energy during the pre-charge period based on the voltage of the positive electrode connection terminal and the current of the pre-charge resistor measured in each cycle.
A diagnostic method comprising
제8항에서,
상기 프리차지 저항의 전류를 측정하는 단계는 상기 프리차지 기간에서 소정 주기마다 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 프리차지 저항의 전류를 측정하는 단계를 포함하며,
상기 공급 에너지를 진단하는 단계는 상기 프리차지 기간에서 소정 주기마다 상기 공급 에너지를 진단하는 단계를 포함하며,
상기 공급 에너지를 계산하는 단계는 각 주기에서 측정된 상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 프리차지 저항의 전류에 기초해서 각 주기에서의 에너지를 계산하고, 현재 주기까지 계산된 각 주기에서의 상기 에너지를 누적하여서 상기 현재 주기에서의 상기 공급 에너지를 계산하는 단계를 포함하는
진단 방법.
In claim 8,
Measuring the current of the precharge resistor includes measuring the voltage of the positive electrode connection terminal and the current of the precharge resistor at predetermined intervals in the precharge period,
Diagnosing the supply energy includes diagnosing the supply energy every predetermined period in the precharge period,
In the calculating of the supply energy, the energy in each cycle is calculated based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the precharge resistor measured in each cycle, and the energy in each cycle calculated up to the current cycle is calculated. accumulating and calculating the supply energy in the current period.
diagnostic method.
배터리 팩과 프리차지 저항을 포함하며, 상기 배터리 팩을 외부 장치에 연결하는 양극 연결 단자와 음극 연결 단자를 가지는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템으로서,
상기 양극 연결 단자의 전압과 상기 프리차지 저항의 전류를 측정하는 감지 회로, 그리고
프리차지 기간에서 상기 프리차지 저항을 통해 상기 커패시터를 충전하고, 상기 프리차지 기간에서 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압 및 상기 프리차지 저항의 전류에 기초해서 공급 에너지를 계산하고, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 상기 공급 에너지를 진단하는 처리 회로
를 포함하는 배터리 관리 시스템.
A battery management system for a battery device comprising a battery pack and a precharge resistor, the battery management system having a positive connection terminal and a negative connection terminal for connecting the battery pack to an external device,
a sensing circuit for measuring the voltage of the positive connection terminal and the current of the precharge resistor; and
In a precharge period, the capacitor is charged through the precharge resistor, and the supply energy is calculated based on the voltage of the positive connection terminal and the current of the precharge resistor measured in the precharge period, and the voltage of the battery pack and a processing circuit for diagnosing the supply energy based on the voltage at the positive connection terminal measured before charging the capacitor.
A battery management system comprising a.
제14항에서,
상기 처리 회로는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터를 충전하기 전에 측정한 상기 양극 연결 단자의 전압에 기초해서 기준 에너지를 결정하고, 상기 공급 에너지와 상기 기준 에너지를 비교하여서 상기 공급 에너지를 진단하는, 배터리 관리 시스템.
15. In claim 14,
wherein the processing circuit determines a reference energy based on a voltage of the battery pack and a voltage at the positive connection terminal measured before charging the capacitor, and compares the supply energy with the reference energy to diagnose the supply energy; battery management system.
KR1020200118904A 2020-09-16 2020-09-16 Battery apparatus, battery management system, and diagnosis method KR20220036554A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200118904A KR20220036554A (en) 2020-09-16 2020-09-16 Battery apparatus, battery management system, and diagnosis method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200118904A KR20220036554A (en) 2020-09-16 2020-09-16 Battery apparatus, battery management system, and diagnosis method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220036554A true KR20220036554A (en) 2022-03-23

Family

ID=80963582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200118904A KR20220036554A (en) 2020-09-16 2020-09-16 Battery apparatus, battery management system, and diagnosis method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220036554A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10690724B2 (en) Power supply protective device, power supply device and switch failure diagnosing method
KR101589198B1 (en) Apparatus and method for diagnosis of cell balancing circuit
KR102215350B1 (en) Power system
US20180109120A1 (en) Control device, electric storage device, electric storage system, and computer-readable medium
US8674659B2 (en) Charge control device and vehicle equipped with the same
US20070139007A1 (en) Battery management system and method
US20190225095A1 (en) Electric power storage system
JP2012524247A (en) Method for determining battery capacitance and / or state of charge and / or remaining life and apparatus for determining battery capacitance and / or state of charge and / or remaining life
CN112119562B (en) Power storage system
EP3719917B1 (en) Chargeable battery abnormality detection apparatus and chargeable battery abnormality detection method
US11750004B2 (en) Battery management system and battery management method
KR20220048213A (en) Battery apparatus, battery management system, and method for diagnosing connection status
KR20210041981A (en) Diagnosis method of battery pack, battery management system, battery apparatus
KR101858321B1 (en) Apparatus and method for diagnosis of cell balancing circuit
KR20220036555A (en) Battery apparatus, battery management system, and method of measuring precharge current
KR20220036554A (en) Battery apparatus, battery management system, and diagnosis method
KR20160071929A (en) Battery management system
KR101647693B1 (en) Apparatus and method for detecting wire disconnection using pull-down circuit in battery management system
JP7513364B2 (en) Battery device, battery management system, and diagnostic method
US20210156924A1 (en) Battery unit and method for operating a battery unit
KR20230063056A (en) Battery apparatus, battery management system, and method for setting precharge period
EP4404426A1 (en) Battery device, battery management system, and pre-charge period configuration method
US12007445B2 (en) Battery apparatus, battery management system, and method of diagnosing supply voltage of contactor
US20230387482A1 (en) Battery Apparatus, Battery Management System and Diagnosis Method
KR20210061100A (en) Battery apparatus and drift fault diagnosis method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination