WO2018139740A1 - 배터리 팩, 배터리 팩의 관리 방법, 및 배터리 팩을 포함하는 차량 - Google Patents

배터리 팩, 배터리 팩의 관리 방법, 및 배터리 팩을 포함하는 차량 Download PDF

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switch signals
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a battery pack, a method of managing the battery pack, and a vehicle including the battery pack.
  • a conventional battery pack is always kept powered on. Turn off the input and output paths of the battery pack when the battery pack has a safety problem while the battery pack is in use.
  • the system includes a device that can electrically supply and receive battery packs.
  • a battery management system (BMS) included in the battery pack also operates regardless of whether the battery pack is used, and a leakage current is generated. If such a situation is maintained for a long time, self discharge through BMS may occur and the battery pack may be lost.
  • BMS battery management system
  • a new battery pack In applying a new battery pack to a vehicle, it is intended to provide a vehicle including a battery pack, a battery pack management method, and a battery pack capable of securing additional safety to the battery pack to maximize usability of the lithium battery.
  • a battery pack determines an operation mode of a battery pack according to at least one battery module including a plurality of battery cells, and an enabled switch signal among at least two switch signals for waking up the battery pack. And a BMS for controlling the battery pack according to the determined operation mode.
  • the BMS may include a power enable switch that switches according to the at least two switch signals, an operation unit that determines the operation mode according to an enabled switch signal of the at least two switch signals, and the power enable switch. It may include a converter for generating an output voltage by converting the supplied input voltage to supply to the operation unit.
  • the BMS may further include an OR gate generating a power enable signal according to the at least two switch signals and a power sustain signal.
  • the operation unit may generate the power maintenance signal in synchronization with the enabled switch signal of the at least two switch signals.
  • the calculator may generate the power maintenance signal after a predetermined delay period from a time point at which one of the at least two switch signals is enabled.
  • the OR gate includes at least two capacitors including one electrode to which the at least two switch signals are input, an anode connected to the other electrode of each of the at least two capacitors, and a cathode connected to the first node. At least two first diodes, and a second diode including an anode to which the power maintenance signal is supplied and a cathode connected to the first node.
  • the power enable signal may be determined according to the voltage of the first node.
  • An enabled switch signal of the at least two switch signals passes through a corresponding one of the at least two capacitors, and a corresponding first one of the at least two first diodes is caused by a signal passing through the corresponding capacitor. And the power enable signal may rise to a high level.
  • the operation unit generates the power maintenance signal in synchronization with the enabled switch signal of the at least two switch signals, and the second diode is conducted by the power maintenance signal so that the power enable signal is brought to a high level. Can be maintained.
  • the BMS includes a CAN transceiver for transmitting information of the battery pack to the outside through CAN communication and receiving information from the outside, and the converter may supply the output voltage to the CAN transceiver.
  • the BMS includes a first diode including an anode to which a voltage of a first terminal is input and a cathode connected to the first node, an anode to which a voltage of a second terminal is input and a cathode connected to the first node.
  • An enable level of the at least two switch signals may be determined according to a voltage supplied through a conductive diode among the first diode and the second diode.
  • the BMS may determine an operation mode of the battery pack according to a priority between the at least two switch signals.
  • a method of managing a battery pack including at least one battery module including a plurality of battery cells comprising: receiving an enabled switch signal among at least two switch signals that wake up the battery pack Determining an operating mode of a battery pack according to the received enabled switch, and controlling the battery pack according to the determined operating mode.
  • the battery pack management method may further include switching a power enable switch according to the at least two switch signals, and generating an output voltage by converting an input voltage supplied through the power enable switch. can do.
  • the switching operation may include generating the power sustain signal in synchronization with an enabled switch signal of the at least two switch signals, and generating a power enable signal according to the at least two switch signals and the power sustain signal. Generating and switching the power enable switch according to the power enable signal.
  • the determining of the operation mode may include determining an operation mode of the battery pack according to a priority between the at least two switch signals when the at least two switch signals are enabled.
  • a vehicle includes a battery pack including at least one battery module including a plurality of battery cells, and determining an operation mode according to an enabled switch signal of at least two switch signals, and an external operation.
  • the switch unit may include at least two switch signals.
  • the external operation includes at least one of an operation of turning on the ignition key of the vehicle, an operation of turning on a switch for controlling the vehicle to move for towing, and an operation of stepping on a pedal to adjust the speed of the vehicle. can do.
  • the battery pack may wake up according to the at least two switch signals.
  • the switch unit includes at least two switches including one end connected to a voltage supplied from the battery pack, wherein the at least two switch signals are supplied to the battery pack when the at least two switches are turned on. Can be.
  • the battery pack may include at least two capacitors including one electrode connected to the other end of each of the at least two switches, and at least two diodes connected to the other electrode of each of the at least two capacitors. .
  • a new battery pack In applying a new battery pack to a vehicle, it provides a vehicle including a battery pack, a battery pack management method, and a battery pack that can secure additional safety to the battery pack to maximize the usability of the lithium battery.
  • FIG. 1 is a view illustrating a partial configuration of a battery pack and a vehicle including the same according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a partial configuration of a BMS according to an embodiment.
  • FIG 3 illustrates an OR gate according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a waveform diagram illustrating waveforms of signals according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a switch unit.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another example of a switch unit.
  • FIG. 1 is a view illustrating some components of a battery pack and a vehicle including the same according to an embodiment.
  • a vehicle 100 includes a battery pack 1 and another configuration 2 of a vehicle electrically connected with the battery pack.
  • Configuration 2 in FIG. 1 includes a charger 20, a controller 30, and a switch portion 40.
  • the configuration 2 shown in FIG. 1 is shown to include only some components electrically connected to the BMS 10 for convenience of description, but the invention is not limited thereto.
  • the battery pack 1 includes a BMS 10, two battery modules 11 and 12, a relay 13, and a fuse 14.
  • the battery pack 1 is illustrated as including two battery modules 11 and 12, but this is only an example for description and the invention is not limited thereto.
  • the vehicle 100 is shown to include a charger 20, the charger 20 may be implemented in a separate configuration from the vehicle 100.
  • the battery pack 1 supplies power to the vehicle 100.
  • Each of the two battery modules 11 and 12 includes a plurality of battery cells and is connected in parallel between the P + terminal and the P- terminal.
  • Each of the two battery modules 11 and 12 includes information about a plurality of cells (eg, cell voltage, cell temperature, etc.), and information about the battery module (eg, current flowing through the battery module, Voltage, temperature of the battery module, etc.) may be detected and transferred to the BMS 10.
  • information on a plurality of cells and information on a battery module are referred to as battery detection information.
  • the fuse 14 is connected between the two battery modules 11 and 12 and the B + terminal to open when excessive current flows.
  • the relay 13 is connected between the B + terminal and the P + terminal, and operates under the control of the BMS 10. For example, the switching operation is performed according to the relay signal Re_S output from the BMS 10.
  • the BMS 10 may generate a relay signal Re_S for turning on the relay 13 when a charging operation is started and power is supplied from the charger 20.
  • the BMS 10 receives the battery sensing information from each of the two battery modules 11 and 12, transmits the battery sensing information through communication with the charger 20 and the controller 30 of the vehicle 100, and the charger ( 20) and information necessary for battery management from the controller 30.
  • the communication method between the BMS 10 and the controller 30 may be CAN communication.
  • the battery pack 1 includes a COM port, and the COM port may be provided with a plurality of terminals for CAN communication and a plurality of terminals for communication between the BMS 10 and the charger 20.
  • the P + terminal of the battery pack 1 is connected to the P + terminal of the vehicle 100, and the P- terminal of the battery pack 1 is connected to the P- terminal of the vehicle 100.
  • a terminal for transmitting the charge control signal CH_C, a ground terminal for the charge control signal CH_C, a CAN power terminal for CAN communication, a CAN H terminal, a CAN L terminal, and a CAN ground Terminals may be provided in the COM port.
  • the BMS 10 When the charger 20 is on, the BMS 10 changes from a shutdown state to a wake-up state, and when the controller 30 is internally locked, a battery received from each of the two battery modules 11 and 12
  • the charging control signal CH_C for controlling the operation of the charger 20 may be generated based on the sensing information.
  • the BMS 10 detects the states of the battery modules 11 and 12 based on the battery detection information to inform the charger 20 that the battery modules 11 and 12 are chargeable, and controls charging according to the state of charge.
  • the signal CH_C may be generated.
  • the charging control signal CH_C is a pulse width modulation signal, and the BMS 10 adjusts the on-duty ratio of the charging control signal CH_C according to the charging state.
  • the BMS 10 may generate a charge control signal CH_C having an on-duty ratio of 0% indicating full charge.
  • the BMS 10 may generate a charge control signal CH_C having an on-duty ratio of 12% indicating a precharge.
  • Precharge means that the battery pack 1 is charged to a predetermined first current according to a constant current (CC) mode.
  • the charging start state is a state in which the minimum cell voltage is equal to or less than the first predetermined voltage at the start of charging, and when the minimum cell voltage reaches the second predetermined voltage after the start of charging, the charging start state is terminated.
  • the BMS 10 may generate a charge control signal CH_C having an on-duty ratio of 38% indicating a normal charge.
  • the normal charge distinguished from the precharge means that the battery pack 1 is charged with a predetermined second current according to a constant current (CC) mode, and the second current is higher than the first current.
  • the normal charge may further include charging the battery pack 1 to a predetermined voltage according to the CV mode.
  • the charger 20 may control the current supplied to the battery pack 1 according to the on-duty ratio of the charge control signal CH_C.
  • the precharge may be applied not only to the charging start state but also in a state where the temperature of the battery modules 11 and 12 is out of a normal temperature range.
  • the BMS 10 may generate the charge control signal CH_C indicating a precharge out of the normal temperature range.
  • the BMS 10 may generate an on-duty charge control signal CH_C indicating a normal charge in a normal temperature range.
  • the BMS 10 may detect defects of the battery modules 11 and 12 based on the battery detection information.
  • the defects of the battery modules 11 and 12 may include a state in which an overvoltage or undervoltage cell is generated among the cells included in the battery modules 11 and 12, an overtemperature or low temperature state of the battery modules 11 and 12, and a battery pack. A state in which an overcurrent flows in (1), an overdischarge cell occurs among cells included in the battery modules 11 and 12, and various states in which the battery pack 1 cannot operate normally.
  • the BMS 10 may transmit the same to the charger 20 to stop the charging operation.
  • the BMS 10 may generate a charge control signal CH_C having an on-duty ratio of 100% and generate a relay signal Re_S for turning off the relay 13 to notify the defect.
  • the charger 20 When the plug 3 is coupled to an outlet to which external power is supplied, the charger 20 is plugged in and the charger 20 is turned on. When the charger 20 is turned on, power is supplied to the BMS 10 and the controller 30 through the P + terminal of the charger 20 for a predetermined time, and an internal lock signal I / L is transmitted to the controller 30. do. When the charger 20 receives that the battery pack 1 is in a chargeable state from the BMS 10, the charger 20 supplies the charging power to the battery pack 1 according to the charge control signal CH_C.
  • the controller 30 is configured to control all operations of the vehicle, and may control the operation of the vehicle 100 in consideration of the information of the battery pack 1 received from the BMS 10.
  • the information of the battery pack 1 includes battery detection information.
  • the controller 30 and the BMS 10 may transmit and receive necessary information through CAN communication with each other.
  • the controller 30 changes from the shutdown state to the wake-up state when the charger 20 is turned on, and receives the internal lock signal I / L, the internal lock signal I / L to the BMS 10. Send the output corresponding to. According to the internal locking signal I / L, the controller 30 stops the operation of the vehicle 100.
  • the switch unit 40 turns on a switch corresponding to an operation input to the vehicle 100 from the outside.
  • the switch unit 40 may receive a PACK + voltage from the battery pack 1 and output a switch signal SG1-SG3 having an on level according to the turned on switch.
  • the on level can be dependent on the PACK + voltage.
  • Operation input to the vehicle 100 from the outside the operation to turn on the ignition key (ignition key) of the vehicle 100, to turn on the switch for controlling the vehicle 100 to move for tow (tow)
  • the ignition key When the ignition key is turned on, the ignition switch of the switch unit 40 may be turned on so that the switch signal SG1 may be turned on.
  • the control switch for towing is turned on, the tow switch of the switch unit 40 may be turned on so that the switch signal SG2 may be turned on.
  • the pedal switch of the switch unit 40 When the pedal is pressed, the pedal switch of the switch unit 40 may be turned on so that the switch signal SG3 may be turned on.
  • the COM port of the BMS 10 may further include a terminal for receiving the switch signals SG1-SG3.
  • the BMS 10 may control an operation mode of the battery pack 1 differently according to the switch signals SG1-SG3.
  • the BMS 10 may determine an operation mode of the battery pack 1 based on a signal enabled with a high level among the switch signals SG1-SG3.
  • the switch signals SG1-SG3 are signals capable of waking up the battery pack 1. In the wake up state, the BMS 10 may be on and the CAN transceiver 105 (see FIG. 2) for CAN communication may also be on.
  • the BMS 10 may differently control the voltage, current, temperature, etc. of the battery pack 1 according to the determined operation mode.
  • the priority of the switch signals SG1-SG3 may be determined, and the battery pack 1 may be operated in an operation mode based on a high priority switch signal. Can be controlled.
  • the BMS 10 may differently control a control condition for automatic shutdown according to the enabled signal among the switch signals SG1-SG3.
  • Automatic shutdown means an operation in which the battery pack 1 is shut down when a current flowing in the battery pack 1 is maintained for a predetermined threshold period or less below a predetermined threshold current.
  • the relay 13 is turned off and the BMS 10 is also turned off.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a partial configuration of a BMS according to an embodiment.
  • the BMS 10 includes a current limiter 101, a converter 102, an OR gate 103, an operation unit 104, a CAN transceiver 105, a power enable switch PWR_S, And two diodes D1 and D2.
  • An anode of the diode D1 is connected to the P + terminal
  • an anode of the diode D2 is connected to the B + terminal
  • a cathode of the diode D1 and the diode D2 is connected to the node N1.
  • the current limiter 101 limits the current flowing from the P + terminal or the B + terminal to the switch unit 40 so as not to exceed a predetermined threshold.
  • the power enable switch PWR_S is connected between the node N1 and the input terminal of the converter 102. When the power enable switch PWR_S is turned on, the input voltage Vin is supplied to the converter 102. .
  • the power enable switch PWR_S switches according to the power enable signal PWR_EN output from the OR gate 103. For example, the power enable switch PWR_S is turned on by the high level power enable signal PWR_EN, and the power enable switch PWR_S is turned off by the low level power enable signal PWR_EN. Can be.
  • the converter 102 receives an input voltage Vin and converts the input voltage Vin to generate an output voltage Vout.
  • the output voltage Vout may be a power supply voltage to the calculator 104 and the CAN transceiver 105.
  • the calculator 104 receives the switch signals SG1-SG3 and determines an operation mode of the battery pack 1 according to the enabled switch signal among the switch signals SG1-SG3. For example, when the switch signal SG1 and the switch signal SG2 are enabled and the switch signal SG3 is in the disabled state, the calculator 104 determines the mode of the battery pack 1 as the RUN mode. In accordance with the RUN mode, electric power is supplied from the battery pack 1 to the vehicle 100. Alternatively, when the switch signal SG1 and the switch signal SG3 are enabled, the calculator 104 determines the mode of the battery pack 1 as the charging mode. According to the charging mode, the battery pack 1 may be charged by the power supplied from the charger 20.
  • the calculator 104 may differently control a control condition for automatic shutdown according to the enabled switch signal of the switch signals SG1-SG3. For example, in the RUN mode, the calculating unit 104 determines to the automatic shutdown mode when the current supplied from the battery pack 1 to the vehicle 100 is maintained for a first time below a predetermined first threshold. Alternatively, in the charging mode, the calculator 104 determines the automatic shutdown mode when the current supplied from the charger 20 to the battery pack 1 is maintained for a second time or less under a predetermined second threshold. The first time may be a time longer than the second time.
  • the calculator 104 may determine an automatic shutdown mode.
  • the operation unit 104 When the calculator 104 determines the automatic shutdown mode, the operation unit 104 generates the power maintenance signal PWR_KEEP for turning off the power enable switch PWR_S. For example, when the power enable signal PWR_EN rises to a high level, the calculator 104 generates a high level power maintenance signal PWR_KEEP after a predetermined delay time. The calculator 104 may determine the automatic shutdown mode and generate the power maintenance signal PWR_KEEP at a low level.
  • the power enable switch PWR_S When the power enable switch PWR_S is turned off, the power supply voltage supplied to the operation unit 104 and the CAN transceiver 105 is cut off, the BMS 10 is turned off, and the relay 13 is also turned off. That is, the battery pack 1 is turned off.
  • the OR gate 103 receives the switch signals SG1-SG3 and the power sustain signal PWR_KEEP, and generates a high level power enable signal PWR_EN when at least one of the received signals is at a high level.
  • the CAN transceiver 105 transmits CAN communication to the controller 30 with information necessary for driving the vehicle 100 and calculates information necessary for controlling the battery pack 1 received from the controller 30 through CAN communication. Can be passed to 104. For example, when the calculator 104 determines the automatic shutdown mode, the CAN transceiver 105 may inform the controller 30 that the battery pack 1 enters the automatic shutdown mode.
  • FIG 3 illustrates an OR gate according to an embodiment.
  • the OR gate 103 includes three capacitors C1-C3 and four diodes D3-D6.
  • the switch signal SG1 is input to one electrode of the capacitor C1, and the other electrode of the capacitor C1 is connected to the anode of the diode D3.
  • the switch signal SG2 is input to one electrode of the capacitor C2, and the other electrode of the capacitor C2 is connected to the anode of the diode D4.
  • the switch signal SG3 is input to one electrode of the capacitor C3, and the other electrode of the capacitor C3 is connected to the anode of the diode D5.
  • the power sustain signal PWR_KEEP is supplied to the anode of the diode D6.
  • the cathode of the diodes D3-D6 is connected to the node N2, and the voltage level of the power enable signal PWR_EN is determined according to the voltage of the node N2.
  • the capacitors C1-C3 pass through only an alternating current component as a filter. For example, when the switch signal SG1 rises, the signal SG1_C passing through the capacitor C1 is generated as a high level pulse. The diode D3 then conducts during the high level pulse of the signal SG1_C so that the power enable signal PWR_EN becomes a high level pulse.
  • the diode D6 is turned on during the period in which the power maintenance signal PWR_KEEP is at the high level, so that the power enable signal PWR_EN is maintained at the high level.
  • FIG. 4 is a waveform diagram illustrating waveforms of signals according to an exemplary embodiment.
  • the switch signal SG1 is illustrated as being enabled, but the invention is not limited thereto.
  • a high level PACK + voltage is output by the voltage of the P + terminal or the B + terminal. Then, the high level of the PACK + voltage is supplied to the switch unit 40, so that the switch signal according to the switch is turned on among the switches of the switch unit 40 is enabled.
  • the switch signal SG1 is enabled at the time point T1 and rises to a high level.
  • the switch signal SG1 passes through the capacitor C1, and the signal SG1_C becomes a high level pulse during the periods T1-T34.
  • the OR gate 103 generates a high level power enable signal PWR_EN according to the signal SG1_C at a time point T1.
  • the calculator 104 may check an initial state of the battery pack 1 in an initialization state during the periods T1-T2. At a time point T3 after the delay period elapses from the time point T1, the calculation unit 104 raises the power holding signal PWR_KEEP to a high level.
  • the power enable signal PWR_EN is maintained at the high level by the high level power maintenance signal PWR_KEEP.
  • the switch signal SG1 falls to the low level at the time point T4. It is assumed that the other switch signals SG2 and SG3 are low level. Then, all the switch signals SG1-SG3 become low level from the time point T4.
  • the computing unit 104 determines the automatic shutdown mode and starts an operation for powering off. For example, during the period T5-T6, the calculating unit 104 can back up the information about the battery pack 1.
  • the calculating unit 104 lowers the power holding signal PWR_KEEP to a low level. As a result, all the inputs of the OR gate 103 become low level, and the power enable signal PWR_EN also falls to the low level.
  • the power enable switch PWR_S is turned off. Since the output voltage Vout of the converter 102 does not occur from the time point T7, the calculation unit 104 and the CAN transceiver 105 are turned off, and the BMS 10 is also turned off.
  • the switch unit 40 may be variously designed according to the vehicle 100.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a switch unit.
  • the switch unit 40 may include three switches 41-43.
  • the switch 41 is switched by a signal SW1 and includes one end to which a PACK + voltage is supplied and the other end electrically connected to the OR gate 103.
  • the switch 42 is switched by a signal SW2 and includes one end to which a PACK + voltage is supplied and the other end electrically connected to the OR gate 103.
  • the switch 43 is switched by a signal SW3 and includes one end to which a PACK + voltage is supplied and the other end electrically connected to the OR gate 103.
  • the signal SW1 becomes high and the switch 41 may be turned on.
  • the signal SW2 may be at a high level so that the switch 42 may be turned on.
  • the signal SW3 may be at a high level so that the switch 43 may be turned on.
  • the switch unit 40 according to the embodiment is not limited thereto.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another example of a switch unit.
  • the switch unit 40 may include three switches 44-46.
  • the switch 44 is switched by a signal SW2 and includes one end to which a PACK + voltage is supplied and the other end to be electrically connected to the OR gate 103.
  • the switch 45 is switched by a signal SW1 and includes one end connected to the other end of the switch 44 and the other end electrically connected to the OR gate 103.
  • the switch 46 is switched by a signal SW3 and includes one end connected to the other end of the switch 45 and the other end electrically connected to the OR gate 103.
  • the degree to which the user can use the battery pack may be maximized.

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Abstract

배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈, 및 배터리 팩을 웨이크 업 시키는 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 배터리 팩의 동작 모드를 결정하고, 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 팩을 제어하는 BMS를 포함한다.

Description

배터리 팩, 배터리 팩의 관리 방법, 및 배터리 팩을 포함하는 차량
본 개시는 배터리 팩, 배터리 팩의 관리 방법, 및 배터리 팩을 포함하는 차량에 관한 것이다.
배터리 팩의 사용 여부에 관계 없이, 종래 배터리 팩은 항상 파워 온(power on) 상태로 유지된다. 배터리 팩의 사용 중, 배터리 팩에 안전성 문제가 발생할 때, 배터리 팩의 입출력 경로를 오프 시킨다.
배터리 팩이 항상 파워 온 상태면, 배터리 팩이 시스템과 결합 또는 분리될 때, 사용자의 실수로 인한 안전성의 문제가 발생할 수 있다. 시스템은 배터리 팩과 전기적으로 전력을 주고 받을 수 있는 장치등을 포함한다.
또한, 배터리 팩에 포함된 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS) 역시 배터리 팩의 사용 여부에 관계 없이 동작하게 되어, 누설 전류가 발생한다. 이와 같은 상황이 장기간 유지되면, BMS를 통한 자가방전이 발생하여 배터리 팩이 망실될 수 있다.
차량에 새로운 배터리 팩을 적용함에 있어, 배터리 팩에 추가적인 안전성을 확보하여 리튬 배터리의 사용성을 극대화 할 수 있는 배터리 팩, 배터리 팩의 관리 방법, 및 배터리 팩을 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈, 및 배터리 팩을 웨이크 업 시키는 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 배터리 팩의 동작 모드를 결정하고, 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 팩을 제어하는 BMS를 포함한다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호에 따라 스위칭 동작하는 전력 인에이블 스위치, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 상기 동작 모드를 결정하는 연산부, 및 상기 전력 인에이블 스위치를 통해 공급되는 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 생성하여 상기 연산부로 공급하는 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 및 전력 유지 신호에 따라 전력 인에이블 신호를 생성하는 OR 게이트를 더 포함할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 동기되어 상기 전력 유지 신호를 생성할 수 있다. 상기 연산부는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 하나가 인에이블된 시점으로부터소정 지연 기간 후에 상기 전력 유지 신호를 생성할 수 있다.
상기 OR 게이트는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 각각이 입력되는 일전극을 포함하는 적어도 두 개의 커패시터, 상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 타전극에 연결되어 있는 애노드 및 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 적어도 두 개의 제1 다이오드, 및 상기 전력 유지 신호가 공급되는 애노드 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제2 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 전력 인에이블 신호는 상기 제1 노드의 전압에 따라 결정될 수 있다.
상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호가 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 대응하는 커패시터를 통과하고, 상기 대응하는 커패시터를 통과한 신호에 의해 상기 적어도 두 개의 제1 다이오드 중 대응하는 제1 다이오드가 도통되어 상기 전력 인에이블 신호가 하이 레벨로 상승할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 동기되어 상기 전력 유지 신호를 생성하고, 상기 전력 유지 신호에 의해 상기 제2 다이오드가 도통되어, 상기 전력 인에이블 신호가 하이 레벨로 유지될 수 있다.
상기 BMS는, 외부로 CAN 통신을 통해 상기 배터리 팩의 정보를 송신하고, 외부로부터 정보를 수시하는 CAN 송수신기를 포함하고, 상기 컨버터는, 상기 출력 전압을 상기 CAN 송수신기로 공급할 수 있다.
상기 BMS는, 제1 단자의 전압이 입력되는 애노드 및 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드, 및 제2 단자의 전압이 입력되는 애노드 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제2 다이오드를 포함하고, 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 중 도통된 다이오드를 통해 공급되는 전압에 따라 상기 적어도 두 개의 스위치 신호의 인에이블 레벨이 결정될 수 있다.
상기 BMS는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호가 인에이블되면, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호간의 우선 순위에 따라 상기 배터리 팩의 동작 모드를 결정할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 관리 방법은, 상기 배터리 팩을 웨이크 업 시키는 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 인에이블된 스위치에 따라 배터리 팩의 동작 모드를 결정하는 단계, 및 상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 팩을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 배터리 팩의 관리 방법은, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호에 따라 전력 인에이블 스위치가 스위칭 동작하는 단계, 및 상기 전력 인에이블 스위치를 통해 공급되는 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭 동작하는 단계는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 동기되어 상기 전력 유지 신호를 생성하는 단계, 및 상기 적어도 두 개의 스위치 신호 및 상기 전력 유지 신호에 따라 전력 인에이블 신호를 생성하는 단계, 및 상기 전력 인에이블 스위치가 상기 전력 인에이블 신호에 따라 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호가 인에이블되면, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호간의 우선 순위에 따라 상기 배터리 팩의 동작 모드를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
발명의 또 다른 특징에 따른 차량은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고, 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 동작 모드를 결정하는 배터리 팩, 및 외부 조작에 따라 상기 적어도 두 개의 스위치 신호를 생성하는 스위치부를 포함한다.
상기 외부 조작은, 상기 차량의 점화키를 턴 온 시키는 조작, 견인을 위해 상기 차량이 움직일 수 있도록 제어하는 스위치를 턴 온 시키는 조작, 상기 차량의 속도 조절을 위해 페달을 밟는 조작 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩은 상기 적어도 두 개의 스위치 신호에 따라 웨이크 업할 수 있다.
상기 스위치부는, 상기 배터리 팩으로부터 공급되는 전압에 연결되어 있는 일단을 포함하는 적어도 두 개의 스위치를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호는 상기 적어도 두 개의 스위치가 턴 온 될 때 상기 배터리 팩으로 공급될 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 적어도 두 개의 스위치 각각의 타단에 연결되어 있는 일전극을 포함하는 적어도 두 개의 커패시터, 및 상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 타전극에 연결되어 있는 적어도 두 개의 다이오드를 포함할 수 있다.
차량에 새로운 배터리 팩을 적용함에 있어, 배터리 팩에 추가적인 안전성을 확보하여 리튬 배터리의 사용성을 극대화 할 수 있는 배터리 팩, 배터리 팩의 관리 방법, 및 배터리 팩을 포함하는 차량을 제공한다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 BMS의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 OR 게이트를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 신호들의 파형을 나타낸 파형도이다.
도 5는 스위치부의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 스위치부의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 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.
명세서 전체에서, 어떤부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는경우도 포함한다. 또한어떤 부분이 어떤구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을의미한다.
도 1은 실시 예에따른 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와같이, 실시 예에따른 차량(100)은 배터리 팩(1) 및 배터리 팩과 전기적으로 연결된 차량의 다른 구성(2)을 포함한다. 도 1에서 구성(2)은 충전기(20), 제어기(30), 및 스위치부(40)를 포함한다. 도 1에 도시된 구성(2)은 설명의 편의를 위해 BMS(10)와 전기적으로 연결된 일부 구성만을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 팩(1)은 BMS(10), 두 개의 배터리 모듈(11, 12), 릴레이(13), 및 퓨즈(14)를 포함한다. 도 1에서, 배터리 팩(1)이 두 개의 배터리 모듈(11, 12)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명을 위한 예시일 뿐, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 차량(100)이 충전기(20)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 충전기(20)는 차량(100)과 별도의 구성으로 구현될 수 있다.
배터리 팩(1)은 차량(100)에 전력을 공급한다. 두 개의 배터리 모듈(11, 12) 각각은 복수의 배터리 셀을 포함하고, P+ 단자와 P- 단자 사이에 병렬로 연결되어 있다. 두 개의 배터리 모듈(11, 12) 각각은 복수의 셀에 대한 정보(예를 들어, 셀 전압, 셀 온도 등), 및 배터리 모듈에 대한 정보(예를 들어, 배터리 모듈에 흐르는 전류, 배터리 모듈의 전압, 배터리 모듈의 온도등)를 감지하여 BMS(10)에 전달할 수 있다. 이하, 복수의 셀에 대한 정보 및 배터리 모듈에 대한 정보를 배터리 감지 정보라 한다.
퓨즈(14)는 두 개의 배터리 모듈(11, 12)과 B+ 단자 사이에 연결되어 과도한 전류가 흐를 때 오픈될 수 있다.
릴레이(13)는 B+ 단자와 P+ 단자 사이에 연결되어 있고, BMS(10)의 제어에 따라 동작한다. 예를 들어, BMS(10)로부터 출력되는 릴레이 신호(Re_S)에 따라 스위칭 동작한다. BMS(10)는 충전 동작이 시작되어 충전기(20)로부터 전력이 공급될 때, 릴레이(13)를 턴 온 시키는 릴레이 신호(Re_S)를 생성할 수 있다.
BMS(10)는 두 개의 배터리 모듈(11, 12) 각각으로부터 배터리 감지 정보를 수신하고, 차량(100)의 충전기(20) 및 제어기(30)와 통신을 통해 배터리 감지 정보를 송신하고, 충전기(20) 및 제어기(30)로부터 배터리 관리에 필요한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, BMS(10)와 제어기(30) 사이의 통신 방식은 CAN 통신일 수 있다.
배터리 팩(1)은 COM 포트를 포함하고, COM 포트에는 CAN 통신을 위한 복수의 단자들 및 BMS(10)와 충전기(20) 사이의 통신을 위한 복수의 단자들이 구비될 수 있다. 배터리 팩(1)의 P+ 단자는 차량(100)의 P+ 단자에 연결되어 있고, 배터리 팩(1)의 P- 단자는 차량(100)의 P- 단자에 연결되어 있다. 도 1에 도시되어 있지 않으나, 충전 제어 신호(CH_C)를 전송하기 위한 단자, 충전 제어 신호(CH_C)에 대한 그라운드 단자, CAN 통신을 위한 CAN 전원 단자, CAN H 단자, CAN L 단자, 및 CAN 그라운드 단자들이 COM 포트에 구비될 수 있다.
충전기(20)가 온 되었을 때, BMS(10)는 셧다운 상태에서 웨이크-업 상태로 변동하고, 제어기(30)가 내부 잠김 상태가 되면, 두 개의 배터리 모듈(11, 12) 각각으로부터 수신된 배터리 감지 정보에 기초해 충전기(20)의 동작을 제어하는 충전 제어 신호(CH_C)를 생성할 수 있다.
BMS(10)는 배터리 감지 정보에 기초해 배터리 모듈들(11, 12)의 상태를 감지하여 배터리 모듈들(11, 12)이 충전 가능한 상태임을 충전기(20)에 알리고, 충전 상태에 따라 충전 제어 신호(CH_C)를 생성할 수 있다. 충전 제어 신호(CH_C)는 펄스 폭 변조 신호(pulse width modulation signal)로, BMS(10)는 충전 상태에 따라 충전 제어 신호(CH_C)의 온-듀티비를 조절한다.
예를 들어, 배터리 모듈들(11, 12) 모두가 만충전 상태이면, BMS(10)는 만충전을 지시하는 온-듀티비 0%의 충전 제어 신호(CH_C)를 생성할 수 있다.
배터리 모듈들(11, 12)의 충전 시작 상태에서, BMS(10)는 프리챠지(pre-charge)를 지시하는 온-듀티비 12%의 충전 제어 신호(CH_C)를 생성할 수 있다. 프리챠지는 CC(Constant Current) 모드에 따라 배터리 팩(1)이 소정의 제1 전류로 충전되는 것을 의미한다. 충전 시작 상태란, 충전 시작 시점에 최소 셀 전압이 소정의 제1 전압 이하인 상태로, 충전 시작 후에 최소 셀 전압이 소정의 제2 전압에 도달할 때, 충전 시작 상태가 종료된다.
충전 시작 상태가 종료된 후, BMS(10)는 정상챠지(normal charge)를 지시하는 온-듀티비 38%의 충전 제어 신호(CH_C)를 생성할 수 있다. 프리챠지와 구분되는 정상챠지(normal charge)는 CC(Constant Current) 모드에 따라 소정의 제2 전류로 배터리 팩(1)이 충전되는 것을 의미하고, 제2 전류는 제1 전류보다 높은 레벨이다. 정상챠지는 CV 모드에 따라 소정 전압으로 배터리 팩(1)이 충전되는 것을 더 포함할 수 있다.
충전기(20)는 충전 제어 신호(CH_C)의 온-듀티비에 따라 배터리 팩(1)으로 공급되는 전류를 제어할 수 있다.
프리챠지는 충전 시작 상태뿐만 아니라, 배터리 모듈들(11, 12)의 온도가 소정이 정상 온도 범위를 벗어난 상태에서도 적용될 수 있다. BMS(10)는 정상 온도 범위를 벗어난 상태에서 프리챠지를 지시하는 충전 제어 신호(CH_C)를 생성할 수 있다. BMS(10)는 정상 온도 범위에서 정상챠지를 지시하는 온-듀티비의 충전 제어 신호(CH_C)를 생성할 수 있다.
BMS(10)는 배터리 감지 정보에 기초하여 배터리 모듈들(11, 12)의 결함을 감지할 수 있다. 배터리 모듈들(11, 12)의 결함은 배터리 모듈들(11, 12)에 포함된 셀들 중 과전압 또는 저전압인 셀이 발생한 상태, 배터리 모듈들(11, 12)의 과온 또는 저온인 상태, 배터리 팩(1)에 과전류가 흐르는 상태, 배터리 모듈들(11, 12)에 포함된 셀들 중 과방전 셀이 발생한 상태등 배터리 팩(1)이 정상 동작할 수 없는 다양한 상태를 포함한다. BMS(10)가 배터리 모듈들(11, 12)의 결함을 감지하면 이를 충전기(20)에 전송하여 충전 동작을 정지시킬 수 있다. 이 때, BMS(10)는 결함을 알리기 위해서, 온-듀티비 100%의 충전 제어 신호(CH_C)를 생성하고, 릴레이(13)를 턴 오프 시키는 릴레이 신호(Re_S)를 생성할 수 있다.
플러그(3)가 외부 전력이 공급되는 콘센트에 결합되면, 충전기(20)는 플러그인 되고, 충전기(20)는 턴 온 된다. 충전기(20)가 턴 온 되면, 충전기(20)의 P+ 단자를 통해 전력이 BMS(10) 및 제어기(30)에 소정 기간 공급되고, 제어기(30)에 내부 잠김 신호(I/L)가 전송된다. 충전기(20)는 BMS(10)로부터 배터리 팩(1)이 충전 가능한 상태임을 전달 받으면, 충전 제어 신호(CH_C)에 따라 충전 전력을 배터리 팩(1)에 공급한다.
제어기(30)는 챠량의 모든 동작을 제어하는 구성으로, BMS(10)로부터 수신되는 배터리 팩(1)의 정보를 고려하여 차량(100)의 운행을 제어할 수 있다. 배터리 팩(1)의 정보는 배터리 감지 정보를 포함한다. 제어기(30)와 BMS(10)는 서로 CAN 통신을 통해 필요한 정보를 송수신할 수 있다.
제어기(30)는 충전기(20)가 온 되었을 때, 셧다운 상태에서 웨이크-업 상태로 변동하고, 내부 잠김 신호(I/L)를 수신하면, BMS(10)로 내부 잠김 신호(I/L)에 대응하는 출력을 전송한다. 내부 잠김 신호(I/L)에 따라제어기(30)는 차량(100)의 동작을 정지 시킨다.
스위치부(40)는 외부로부터 차량(100)에 입력되는 조작에 대응하는 스위치를 턴 온 시킨다. 스위치부(40)는 배터리 팩(1)으로부터 PACK+ 전압을 공급받고, 턴 온 된 스위치에 따라 온 레벨의 스위치 신호(SG1-SG3)를 출력할 수 있다. 온 레벨은 PACK+ 전압에 따를 수 있다.
외부로부터 차량(100)에 입력되는 조작은, 차량(100)의 점화키(ignition key)를 턴 온 시키는 조작, 견인(tow)을 위해 차량(100)이 움직일 수 있도록 제어하는 스위치를 턴 온 시키는 조작, 차량(100)의 속도 조절을 위해 페달(pedal)을 밟는 조작 등이 있을 수 있다. 점화키가 턴 온 되면, 스위치부(40)의 점화 스위치가 턴 온 되어 스위치 신호(SG1)가 온 레벨이 될 수 있다. 견인을 위한 제어 스위치가 턴 온 되면, 스위치부(40)의 토우 스위치가 턴 온 되어 스위치 신호(SG2)가 온 레벨이 될 수 있다. 페달이 밟히면, 스위치부(40)의 페달 스위치가 턴 온 되어 스위치 신호(SG3)가 온 레벨이 될 수 있다.
BMS(10)의 COM 포트는 스위치 신호들(SG1-SG3)을 수신하기 위한 단자를 더 포함할 수 있다. BMS(10)는 스위치 신호들(SG1-SG3)에 따라 배터리 팩(1)의 동작 모드를 다르게 제어할 수 있다. BMS(10)는 스위치 신호들(SG1-SG3) 중 하이 레벨로 인에이블 된 신호에 기초하여 배터리 팩(1)의 동작 모드를 결정할 수 있다. 스위치 신호들(SG1-SG3)은 배터리 팩(1)을 웨이크 업(wake up) 시킬 수 있는 신호들이다. 웨이크 업 상태에서, BMS(10)는 온 되고, CAN 통신을 위한 CAN 송수신기(105, 도 2 참조)도 함께 온 될 수 있다.
BMS(10)는 결정된 동작 모드에 따라 배터리 팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 다르게 제어할 수 있다. 또한, 스위치 신호들(SG1-SG3) 중 인에이블 된 신호가 둘 이상인 경우, 스위치 신호들(SG1-SG3) 간의 우선순위를 정하여, 우선 순위가 높은 스위치 신호에 기초한 동작 모드로 배터리 팩(1)을 제어할 수 있다.
또한, BMS(10)는 스위치 신호들(SG1-SG3) 중 인에이블 된 신호에 따라 자동 셧다운을 위한 제어 조건을 다르게 제어할 수 있다. 자동 셧다운이란 배터리 팩(1)에 흐르는 전류가 소정의 임계 전류 이하로 소정의 임계 기간 동안 유지되면 배터리 팩(1)이 셧다운 되는 동작을 의미한다. 배터리 팩(1)이 셧다운 되면, 릴레이(13)가 오프되고 BMS(10)도 오프 된다.
도 2는 실시 예에 따른 BMS의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, BMS(10)는 전류 제한기(101), 컨버터(102), OR 게이트(103), 연산부(104), CAN 송수신기(105), 전력 인에이블 스위치(PWR_S), 및 두 개의 다이오드(D1, D2)를 포함한다.
다이오드(D1)의 애노드는 P+ 단자에 연결되어 있고, 다이오드(D2)의 애노드는 B+ 단자에 연결되어 있으며, 다이오드(D1) 및 다이오드(D2)의 캐소드는 노드(N1)에 연결되어 있다. 다이오드(D1)가 P+ 단자의 전압에 의해 도통되면, P+ 단자의 전압이 PACK+ 전압으로 출력되고, 다이오드(D2)가 B+ 단자의 전압에 의해 도통되면, B+ 단자의 전압이 PACK+ 전압으로 출력된다. 그러면, P+ 단자 및 B+ 단자의 전압 중 높은 전압이 전류 제한기(101)를 통해 PACK+ 전압으로 출력된다.
전류 제한기(101)는 P+ 단자 또는 B+ 단자로부터 스위치부(40)로 흐르는 전류가 소정의 임계치를 넘지 않도록 제한한다.
전력 인에이블 스위치(PWR_S)는 노드(N1)와 컨버터(102)의 입력단 사이에 연결되어 있고, 전력 인에이블 스위치(PWR_S)가 턴 온 되면, 컨버터(102)로 입력 전압(Vin)이 공급된다. 전력 인에이블 스위치(PWR_S)는 OR 게이트(103)로부터 출력되는 전력 인에이블 신호(PWR_EN)에 의해 스위칭 동작한다. 예를 들어, 하이 레벨의 전력 인에이블 신호(PWR_EN)에 의해 전력 인에이블 스위치(PWR_S)가 턴 온 되고, 로우 레벨의 전력 인에이블 신호(PWR_EN)에 의해 전력 인에이블 스위치(PWR_S)가 턴 오프 될 수 있다.
컨버터(102)는 입력 전압(Vin)을 입력받고, 입력 전압(Vin)을 변환하여 출력 전압(Vout)을 생성한다. 출력 전압(Vout)은 연산부(104) 및 CAN 송수신기(105)에 전원 전압일 수 있다.
연산부(104)는 스위치 신호들(SG1-SG3)을 수신하고, 스위치 신호들(SG1-SG3) 중 인에이블 된 스위치 신호에 따라 배터리 팩(1)의 동작 모드를 결정한다. 예를 들어, 스위치 신호(SG1) 및 스위치 신호(SG2)가 인에이블 되고, 스위치 신호(SG3)가 디스에이블 상태이면, 연산부(104)는 배터리 팩(1)의 모드를 RUN 모드로 결정한다. RUN 모드에 따라, 배터리 팩(1)으로부터 차량(100)에 전력이 공급된다. 또는, 스위치 신호(SG1) 및 스위치 신호(SG3)가 인에이블 되면, 연산부(104)는 배터리 팩(1)의 모드를 충전 모드로 결정한다. 충전 모드에 따라, 배터리 팩(1)은 충전기(20)로부터 공급되는 전력에 의해 충전될 수 있다.
또한, 연산부(104)는 스위치 신호들(SG1-SG3) 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 자동 셧다운을 위한 제어 조건을 다르게 제어할 수 있다. 예를 들어, RUN 모드에서, 연산부(104)는 배터리 팩(1)으로부터 차량(100)에 공급되는 전류가 소정의 제1 임계치 이하로 제1 시간 동안 유지되면 자동 셧다운 모드로 결정한다. 또는, 충전 모드에서, 연산부(104)는 충전기(20)로부터 배터리 팩(1)으로 공급되는 전류가 소정의 제2 임계치 이하로 제2 시간 동안 유지되면 자동 셧다운 모드로 결정한다. 제1 시간이 제2 시간보다 긴 시간일 수 있다.
연산부(104)는 스위치 신호들(SG1-SG3) 모두가 디스에이블되면, 자동 셧다운 모드로 결정할 수 있다.
연산부(104)가 자동 셧다운 모드로 결정하면, 전력 인에이블 스위치(PWR_S)를 턴 오프 시키는 전력 유지 신호(PWR_KEEP)를 생성한다. 예를 들어, 연산부(104)는 전력 인에이블 신호(PWR_EN)가 하이 레벨로 상승하면 소정 지연 시간 후에 하이 레벨의 전력 유지 신호(PWR_KEEP)를 생성한다. 연산부(104)는 자동 셧다운 모드로 결정하고, 전력 유지 신호(PWR_KEEP)를 로우 레벨로 생성할 수 있다. 전력 인에이블 스위치(PWR_S)가 턴 오프 되면, 연산부(104) 및 CAN 송수신기(105)에 공급되는 전원 전압이 차단되어, BMS(10)가 오프 되고, 릴레이(13) 역시 오프 된다. 즉, 배터리 팩(1)이 오프 된다.
OR 게이트(103)는 스위치 신호들(SG1-SG3) 및 전력 유지 신호(PWR_KEEP)를 수신하고, 수신된 신호들 중 적어도 하나가 하이 레벨이면 하이 레벨의 전력 인에이블 신호(PWR_EN)를 생성한다.
CAN 송수신기(105)는 제어기(30)로 차량(100)의 운행에 필요한 정보를 CAN 통신을 송신하고, 제어기(30)로부터 CAN 통신을 통해 수신된 배터리 팩(1)의 제어에 필요한 정보를 연산부(104)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 연산부(104)가 자동 셧다운 모드를 결정하면, CAN 송수신기(105)는 자동 셧다운 모드로 배터리 팩(1)이 진입함을 제어기(30)에 알릴 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 OR 게이트를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, OR 게이트(103)는 세 개의 커패시터(C1-C3) 및 네 개의 다이오드(D3-D6)를 포함한다.
커패시터(C1)의 일전극에는 스위치 신호(SG1)가 입력되고, 커패시터(C1)의 타전극은 다이오드(D3)의 애노드에 연결되어 있다. 커패시터(C2)의 일전극에는 스위치 신호(SG2)가 입력되고, 커패시터(C2)의 타전극은 다이오드(D4)의 애노드에 연결되어 있다. 커패시터(C3)의 일전극에는 스위치 신호(SG3)가 입력되고, 커패시터(C3)의 타전극은 다이오드(D5)의 애노드에 연결되어 있다. 전력 유지 신호(PWR_KEEP)는 다이오드(D6)의 애노드에 공급된다.
다이오드(D3-D6)의 캐소드는 노드(N2)에 연결되어 있고, 노드(N2)의 전압에 따라 전력 인에이블 신호(PWR_EN)의 전압 레벨이 결정된다.
커패시터들(C1-C3)는 필터로서, 교류 성분만을 통과시킨다. 예를 들어, 스위치 신호(SG1)가 상승하면, 커패시터(C1)를 통과한 신호(SG1_C)는 하이 레벨 펄스로 발생한다. 그러면, 다이오드(D3)가 신호(SG1_C)의 하이 레벨 펄스 동안 도통되어, 전력 인에이블 신호(PWR_EN)가 하이 레벨 펄스가 된다.
전력 유지 신호(PWR_KEEP)가 하이 레벨인 기간 동안 다이오드(D6)가 도통되어, 전력 인에이블 신호(PWR_EN)는 하이 레벨로 유지된다.
이하, 도 4를 참조하여 OR 게이트(103) 및 연산부(104)의 동작을 설명한다.
도 4는 실시 예에 따른 신호들의 파형을 나타낸 파형도이다.
도 4에는, 스위치 신호(SG1)가 인에이블되는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
시점 T0에 P+ 단자 또는 B+ 단자의 전압에 의해 하이 레벨의 PACK+ 전압이 출력된다. 그러면, 스위치부(40)에 하이 레벨의 PACK+ 전압이 공급되어, 스위치부(40)의 스위치들 중 턴 온 되는 스위치에 따른 스위치 신호가 인에이블 될 수 있는 상태가 된다.
시점 T1에 스위치 신호(SG1)가 인에이블 되어 하이 레벨로 상승한다. 스위치 신호(SG1)가 커패시터(C1)를 통과하여, 기간T1-T34 동안 신호(SG1_C)가 하이 레벨 펄스가 된다.
시점 T1에 OR 게이트(103)는 신호(SG1_C)에 따라 하이 레벨의 전력 인에이블 신호(PWR_EN)를 생성한다. 연산부(104)는 기간 T1-T2 동안 초기화 상태로, 배터리 팩(1)의 초기 상태를 점검할 수 있다. 시점 T1으로부터 지연 기간이 경과한 시점 T3에 연산부(104)는 전력 유지 신호(PWR_KEEP)를 하이 레벨로 상승시킨다.
시점 T34에 신호(SG1_C)가 로우 레벨로 하강하지만, 하이 레벨의 전력 유지 신호(PWR_KEEP)에 의해 전력 인에이블 신호(PWR_EN)는 하이 레벨로 유지된다.
시점 T4에 스위치 신호(SG1)가 로우 레벨로 하강한다. 다른 스위치 신호들(SG2, SG3)은 로우 레벨인 것으로 가정한다. 그러면, 시점 T4부터 모든 스위치 신호들(SG1-SG3)이 로우 레벨이 된다.
시점 T5에 연산부(104)는 자동 셧다운 모드를 결정하고, 전력 오프를 위한 동작을 시작한다. 예를 들어, 기간T5-T6 동안, 연산부(104)는 배터리 팩(1)에 관한 정보를 백업할 수 있다. 시점 T7에 연산부(104)는 전력 유지 신호(PWR_KEEP)를 로우 레벨로 하강시킨다. 그러면, OR 게이트(103)의 모든 입력이 로우 레벨이 되어, 전력 인에이블 신호(PWR_EN)도 로우 레벨로 하강한다.
시점 T7에, 전력 인에이블 스위치(PWR_S)는 턴 오프 된다. 시점 T7부터 컨버터(102)의 출력 전압(Vout)이 발생하지 않으므로, 연산부(104) 및 CAN 송수신기(105)가 오프 되고, BMS(10)도 오프 된다.
스위치부(40)는 차량(100)에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
도 5는 스위치부의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스위치부(40)는 세 개의 스위치(41-43)를 포함할 수 있다. 스위치(41)는 신호(SW1)에 의해 스위칭 동작하고, PACK+ 전압이 공급되는 일단 및 OR 게이트(103)에 전기적으로 연결되는 타단을 포함한다. 스위치(42)는 신호(SW2)에 의해 스위칭 동작하고, PACK+ 전압이 공급되는 일단 및 OR 게이트(103)에 전기적으로 연결되는 타단을 포함한다. 스위치(43)는 신호(SW3)에 의해 스위칭 동작하고, PACK+ 전압이 공급되는 일단 및 OR 게이트(103)에 전기적으로 연결되는 타단을 포함한다.
점화키(ignition key)를 턴 온 시키는 조작이 발생하면 신호(SW1)가 하이 레벨이 되어 스위치(41)가 턴 온 될 수 있다. 견인(tow)을 위해 차량(100)이 움직일 수 있도록 제어하는 스위치를 턴 온 시키는 조작이 발생하면, 신호(SW2)가 하이 레벨이 되어 스위치(42)가 턴 온 될 수 잇다. 속도 조절을 위해 페달(pedal)을 밟는 조작이 발생하면, 신호(SW3)가 하이 레벨이 되어 스위치(43)가 턴 온 될 수 있다.
실시 예에 따른 스위치부(40)가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 스위치부의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스위치부(40)는 세 개의 스위치(44-46)를 포함할 수 있다. 스위치(44)는 신호(SW2)에 의해 스위칭 동작하고, PACK+ 전압이 공급되는 일단 및 OR 게이트(103)에 전기적으로 연결되는 타단을 포함한다. 스위치(45)는 신호(SW1)에 의해 스위칭 동작하고, 스위치(44)의 타단에 연결되어 있는 일단 및 OR 게이트(103)에 전기적으로 연결되는 타단을 포함한다. 스위치(46)는 신호(SW3)에 의해 스위칭 동작하고, 스위치(45)의 타단에 연결되어 있는 일단 및 OR 게이트(103)에 전기적으로 연결되는 타단을 포함한다.
신호(SW1-SW3)가 하이 레벨로 발생하는 경우는 도 5의 설명과 동일하므로 그 설명은 생략한다.
이와 같이, 배터리 팩을 웨이크 업 시키는 스위치 신호들 중 인에이블된 스위치 신호들에 따라 배터리 팩의 동작 모드를 결정함으로써, 사용자가 배터리 팩을 사용할 수 있는 정도를 극대화할 수 있다.
이상에서 복수의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는본 발명의 기본개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈, 및
    배터리 팩을 웨이크 업 시키는 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 배터리 팩의 동작 모드를 결정하고, 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 팩을 제어하는 BMS를 포함하는
    배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호에 따라 스위칭 동작하는 전력 인에이블 스위치,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 상기 동작 모드를 결정하는 연산부, 및
    상기 전력 인에이블 스위치를 통해 공급되는 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 생성하여 상기 연산부로 공급하는 컨버터를 포함하는
    배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 및 전력 유지 신호에 따라 전력 인에이블 신호를 생성하는 OR 게이트를 더 포함하는
    배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 동기되어 상기 전력 유지 신호를 생성하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 하나가 인에이블된 시점으로부터 소정 지연 기간 후에 상기 전력 유지 신호를 생성하는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 OR 게이트는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 각각이 입력되는 일전극을 포함하는 적어도 두 개의 커패시터,
    상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 타전극에 연결되어 있는 애노드 및 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 적어도 두 개의 제1 다이오드, 및
    상기 전력 유지 신호가 공급되는 애노드 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제2 다이오드를 포함하고,
    상기 전력 인에이블 신호는 상기 제1 노드의 전압에 따라 결정되는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호가 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 대응하는 커패시터를 통과하고, 상기 대응하는 커패시터를 통과한 신호에 의해 상기 적어도 두 개의 제1 다이오드 중 대응하는 제1 다이오드가 도통되어 상기 전력 인에이블 신호가 하이 레벨로 상승하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 동기되어 상기 전력 유지 신호를 생성하고,
    상기 전력 유지 신호에 의해 상기 제2 다이오드가 도통되어, 상기 전력 인에이블 신호가 하이 레벨로 유지되는 배터리 팩.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    외부로 CAN 통신을 통해 상기 배터리 팩의 정보를 송신하고, 외부로부터 정보를 수시하는 CAN 송수신기를 포함하고,
    상기 컨버터는, 상기 출력 전압을 상기 CAN 송수신기로 공급하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    제1 단자의 전압이 입력되는 애노드 및 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드, 및
    제2 단자의 전압이 입력되는 애노드 및 상기 제1 노드에 연결되어 있는 캐소드를 포함하는 제2 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 중 도통된 다이오드를 통해 공급되는 전압에 따라 상기 적어도 두 개의 스위치 신호의 인에이블 레벨이 결정되는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호가 인에이블되면, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호간의 우선 순위에 따라 상기 배터리 팩의 동작 모드를 결정하는 배터리 팩.
  12. 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 관리 방법에 있어서,
    상기 배터리 팩을 웨이크 업 시키는 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호를 수신하는 단계,
    상기 수신된 인에이블된 스위치에 따라 배터리 팩의 동작 모드를 결정하는 단계, 및
    상기 결정된 동작 모드에 따라 상기 배터리 팩을 제어하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 관리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호에 따라 전력 인에이블 스위치가 스위칭 동작하는 단계, 및
    상기 전력 인에이블 스위치를 통해 공급되는 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 생성하는 단계를 더 포함하는 배터리 팩의 관리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 동작하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 동기되어 상기 전력 유지 신호를 생성하는 단계,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호 및 상기 전력 유지 신호에 따라 전력 인에이블 신호를 생성하는 단계, 및
    상기 전력 인에이블 스위치가 상기 전력 인에이블 신호에 따라 스위칭하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 관리 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 동작 모드를 결정하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호가 인에이블되면, 상기 적어도 두 개의 스위치 신호간의 우선 순위에 따라 상기 배터리 팩의 동작 모드를 결정하는 단계를 포함하는 배터리 팩의 관리 방법.
  16. 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고, 적어도 두 개의 스위치 신호 중 인에이블된 스위치 신호에 따라 동작 모드를 결정하는 배터리 팩, 및
    외부 조작에 따라 상기 적어도 두 개의 스위치 신호를 생성하는 스위치부를 포함하는 차량.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 외부 조작은,
    상기 차량의 점화키를 턴 온 시키는 조작, 견인을 위해 상기 차량이 움직일 수 있도록 제어하는 스위치를 턴 온 시키는 조작, 상기 차량의 속도 조절을 위해 페달을 밟는 조작 중 적어도 하나를 포함하는 차량.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 적어도 두 개의 스위치 신호에 따라 웨이크 업하는 차량.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 배터리 팩으로부터 공급되는 전압에 연결되어 있는 일단을 포함하는 적어도 두 개의 스위치를 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 스위치 신호는 상기 적어도 두 개의 스위치가 턴 온 될 때 상기 배터리 팩으로 공급되는 차량.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 적어도 두 개의 스위치 각각의 타단에 연결되어 있는 일전극을 포함하는 적어도 두 개의 커패시터, 및
    상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 타전극에 연결되어 있는 적어도 두 개의 다이오드를 포함하는 차량.
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