WO2023229149A1 - 배터리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents

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김태윤
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김경민
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a battery device and a battery system including the same.
  • Hybrid electric vehicles HEV
  • plug-in hybrid electric vehicles PHEV
  • motor-driven electric vehicles require high-voltage batteries.
  • a diagnostic circuit is needed to diagnose abnormalities as well as monitor the voltage, current, insulation resistance, temperature, etc. of the plurality of battery packs that make up the high-voltage battery.
  • the battery management system is a component that performs monitoring and diagnosis, and is capable of managing multiple battery packs provided in a vehicle. As the number of battery packs constituting a high-voltage battery increases, the length of the wire harness connecting the plurality of battery packs and the battery management system becomes longer, and the circuit that performs monitoring and diagnosis for each of the plurality of battery packs becomes more complex. . This makes the design of high-voltage batteries difficult.
  • the aim is to provide a battery device with improved circuit complexity and a battery system including the same.
  • the battery device includes a battery pack including a plurality of battery cells, high-voltage operating elements connected to the battery pack, and a BDU (Battery Disconnect) that monitors the current of the battery pack current flowing through the battery pack. Unit), and a BPCM (Battery Pack Control Module) that diagnoses the state of the battery pack based on battery status information indicating the state of the battery pack and transmits necessary control commands to the BDU based on the diagnosis result.
  • the BDU includes a current measurement unit that measures the battery pack current based on a result of detecting the battery pack current, a high voltage measurement unit that measures the battery pack voltage of the battery pack, and an insulation unit that measures the insulation resistance of the battery pack. It includes a resistance measurement unit and a power DC-DC unit that generates the power supply voltage required for operation of the BDU.
  • the BDU may further include a shunt-type current sensor for detecting the battery pack current.
  • the BUD further includes a Hall-type current sensor for detecting the battery pack current
  • the BPCM includes a current measurement unit that measures the battery pack current based on a result detected from the Hall-type current sensor. can do.
  • the BDU may further include a main anode contactor and a main cathode contactor connected to each of the anode and cathode of the battery pack, and a contactor controller that controls operations of the main anode contactor and the main cathode contactor. there is.
  • the BDU may further include a pyro fuse that blocks the connection between the battery pack and the load by impact, and a pyro fuse controller for controlling the pyro fuse.
  • the BPCM may include a power DC-DC unit that supplies power in an insulated form to the power DC-DC unit of the BDU.
  • a battery system may include a main battery device including a main battery pack and a sub-battery device including a sub-battery pack connected to the main battery pack.
  • the main battery device includes high-voltage operating elements connected to the main battery pack, a first BDU (Battery Disconnect Unit) that monitors the current of the battery pack current flowing in the main battery pack, and the state of the main battery pack. It may include a Battery Pack Control Module (BPCM) that diagnoses the state of the main battery pack based on battery state information indicating and transmits necessary control commands to the BDU based on the diagnosis result.
  • BPCM Battery Pack Control Module
  • the first BDU includes a current measuring unit that measures the battery pack current based on a result of detecting the battery pack current, a first high voltage measuring unit that measures the battery pack voltage of the main battery pack, and a first high voltage measuring unit that measures the battery pack voltage of the main battery pack. It may include a first insulation resistance measuring unit that measures insulation resistance, and a first power DC-DC unit that generates a power supply voltage necessary for operation of the BDU.
  • the BPCM may further include a power DC-DC unit that supplies power to the first power DC-DC unit in an insulated form.
  • the sub-battery device may include a second BDU including high-voltage operating elements connected to the sub-battery pack.
  • the second BDU includes a second high voltage measuring unit that measures the battery pack voltage of the sub-battery pack, a second insulation resistance measuring unit that measures the insulation resistance of the sub-battery pack, and a power supply voltage required for operation of the BDU. and a second power DC-DC unit that generates power.
  • the BPCM may include a power DC-DC unit that supplies power to the second power DC-DC unit in an insulated form.
  • the first BDU further includes a main anode contactor and a main cathode contactor connected to each of the anode and cathode of the main battery pack, and a contactor controller for controlling the operation of the main anode contactor and the main cathode contactor. It can be included.
  • Isolated power is transferred from the BPCM to the first power DC-DC unit, and the first power DC-DC unit includes the insulation measuring unit, the first high voltage measuring unit, and the first insulation resistance measuring unit with the isolated power, And power voltage can be supplied to the contactor controller.
  • Power is transferred from the BPCM to the first power DC-DC unit, and the first power DC-DC unit includes a DC-DC converter that converts the delivered power, and a transformer connected to the output of the DC-DC converter. can do.
  • Power voltage may be supplied from the transformer to the insulation measurement unit, the first high voltage measurement unit, the first insulation resistance measurement unit, and the contactor controller.
  • the first BDU may further include a pyro fuse that blocks the connection between the main battery pack and the load by impact and a pyro fuse controller for controlling the pyro fuse.
  • Isolated power is transferred from the BPCM to the first power DC-DC unit, and the first power DC-DC unit includes the insulation measuring unit, the first high voltage measuring unit, and the first insulation resistance measuring unit with the isolated power, And power voltage can be supplied to the pyro fuse controller.
  • the first power DC-DC unit includes a DC-DC converter that converts the delivered power and a transformer connected to the output of the DC-DC converter. It may include, and a power voltage may be supplied from the transformer to the insulation measurement unit, the first high voltage measurement unit, the first insulation resistance measurement unit, and the pyro fuse controller.
  • the present invention provides a battery device with improved circuit complexity and a battery system including the same.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a battery device for explaining the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • Figure 3 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • Figure 4 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • Figure 5 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • Figure 6 is a diagram showing a battery system according to one embodiment.
  • Figure 7 is a diagram showing a battery system according to one embodiment.
  • Figure 8 is a block diagram showing power transfer between BPCM and BDU according to one embodiment.
  • Figure 9 is a diagram showing a partial configuration of a battery system according to an embodiment.
  • Figure 10 is a block diagram showing power transfer between BPCM and BDU according to one embodiment.
  • a program implemented as a set of instructions specifying a control algorithm necessary for controlling other configurations may be installed in a configuration that controls another configuration under specific control conditions.
  • the control configuration can process input data and stored data to generate output data according to installed programs.
  • the control component may include non-volatile memory for storing programs and memory for storing data.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a battery device for explaining the present invention.
  • the battery device 1 includes a battery pack 11, a Cell Supervisory Circuit (CSC) 12, a Battery Disconnect Unit (BDU) 13, and a Battery Pack Control Module (BPCM) 14. ) may include.
  • the battery device 1 is electrically connected to the electric vehicle 10 to supply power to the electric vehicle 10, and is connected to the electric vehicle 10 through CAN communication, wireless communication, etc. to supply power and Relevant information can be sent and received. Additionally, the battery device 1 can be charged using power supplied from the electric vehicle 10 and can transmit and receive information necessary for charging control with the electric vehicle 10 .
  • the battery pack 11 is shown as including three battery modules composed of four battery cells, but the invention is not limited thereto. Three battery modules 111 are connected in series, and the battery module 111 may include four battery cells 112 connected in series.
  • the CSC 12 may monitor a plurality of cell voltages and temperatures of a plurality of battery cells constituting the battery pack 11 and perform cell balancing.
  • the CSC 12 may transmit information obtained by the CSC 12 to the BPCM 14 through communication with the BPCM 14 and receive control commands regarding monitoring and cell balancing from the BPCM 14.
  • the CSC 12 may be connected to both ends of each of the plurality of battery cells 112.
  • the BDU 13 includes high-voltage operating elements connected to the battery pack 11 and can monitor the battery pack current flowing in the battery pack 11.
  • the BDU 13 includes a Hall-type current sensor 131, a shunt-type current sensor 132, a precharge contactor 133, a main anode/cathode contactor 134, and a direct current fast charge (Direct current sensor). It may include a current fast charging (DCFC) contactor 135, a breaktor 136, a fuse 137, and a pyro fuse 138.
  • DCFC current fast charging
  • the pyro fuse 138 is directly connected to the anode or cathode of the battery pack 11, the battery module constituting the battery pack 11, etc. It may be a high voltage operating element that can apply a high voltage to both ends. .
  • Each of the two current sensors 131 and 132 may detect the battery pack current flowing in the battery pack 11 and generate a detection signal.
  • the Hall-type current sensor 131 measures the battery pack current using a Hall sensor electromagnetically coupled to the wiring through which the battery pack current flows, and the shunt-type current sensor 132 measures the battery pack current on the path through which the battery pack current flows.
  • the battery pack current can be measured using the located shunt resistor.
  • the precharge contactor 133 is connected between the anode of the battery pack 11 and the anode output terminal of the battery device 1, and the main anode/cathode contactor 134 is connected between the anode and the anode output terminal of the battery pack 11. It may include a main anode contactor connected to and a main cathode contactor connected between the cathode and cathode output terminals of the battery pack 11.
  • the direct current fast charging contactor 135 can be connected to an external charger to fast charge the battery pack 11.
  • the breaker 136 is a protection circuit to protect the battery device 1 from overcurrent and overvoltage.
  • the fuse 137 can protect the battery pack 11 from overcurrent, and the pyro fuse 138 can block the connection between the battery pack 11 and the load due to impact.
  • the load may be the electric vehicle 10 shown in FIG. 1 .
  • Each component of the BDU 13 can be implemented using known technologies, so detailed descriptions are omitted in this specification.
  • BPCM (14) can generate control commands necessary for CSC (12) and BDU (13) based on information received from CSC (12) and BDU (13) and transmit them to CSC (12) and BDU (13). .
  • BPCM (14) is based on status information indicating the status of the battery cell and battery pack 11, such as the cell voltage and temperature of the battery cell and the voltage, current, and temperature of the battery pack 11. The status of can be diagnosed, and necessary control commands can be transmitted to the CSC 12 and BDU 13 based on the diagnosis results.
  • BPCM (14) can receive information necessary for management of the battery pack (11) through communication with the electric vehicle (10) and transmit necessary control commands to the CSC (12) and BDU (13) based on the received information. there is.
  • BPCM (14) includes MCU (Main Control Unit) (141), SBC (System Basis Chip) (142), power DC-DC unit (143), contactor controller (144), pyro fuse controller (145), and current It may include a measuring unit 146, a high voltage measuring unit 147, and an insulation resistance measuring unit 148.
  • MCU Main Control Unit
  • SBC System Basis Chip
  • power DC-DC unit 143
  • contactor controller 144
  • pyro fuse controller 145
  • current It may include a measuring unit 146, a high voltage measuring unit 147, and an insulation resistance measuring unit 148.
  • various configurations such as a communication bridge IC, temperature measurement unit, EEPROM, and CAN communication unit may be provided in the BPCM 14.
  • the MCU 141 may determine the state of the battery pack 11 by analyzing the battery state information about the battery pack 11 and control necessary management operations according to the determined state. For example, if there are battery cells in the battery pack 11 that require cell balancing, the MCU 141 may control the CSC 12 to perform cell balancing. The MCU 141 may estimate the SOC of the battery pack 11 by integrating the battery pack current, and control charging and discharging based on the estimated SOC. The SOH of the battery pack 11 can be estimated based on the internal resistance of the battery pack 11. The MCU 141 may determine whether a protection operation for the battery pack 11 is necessary based on the battery status information, and may initiate the protection operation if the protection operation is necessary.
  • the SBC 142 may manage power within the battery device 1 under the control of the MCU 141.
  • the SBC 142 can generate different levels of power to provide multiple output power, can be implemented as an integrated circuit, can transmit and receive other configurations and necessary information through CAN or LIN communication, and can provide battery devices (1). ) can provide a stability function.
  • the SBC (142) can receive control commands through SPI communication with the MCU (141).
  • the power DC-DC unit 143 may convert the voltage of the power supplied from the SBC 142 to generate the voltage required for operation of the BPCM 14.
  • the voltage generated by the power DC-DC section 143 can be supplied to the components of the BPCM 14.
  • the contactor controller 144 uses the voltage supplied from the power DC-DC unit 143 to connect the precharge contactor 133 of the BDU 13 and the main anode/cathode contactor 134. Control signals can be generated to control opening and closing.
  • the contactor controller 144 generates control signals to control the precharge contactor 133 and the main anode/cathode contactor 134 of the BDU 13 under the control of the MCU 141 to control the precharge contactor 144. (133) and the main anode/cathode contactor (134).
  • the contactor controller 144 can receive the power supply voltage needed to generate control signals from the power DC-DC unit 143.
  • the pyro fuse controller 144 may generate a control signal for controlling the pyro fuse 139 under the control of the MCU 141 and transmit it to the pyro fuse 139.
  • the contactor controller 144 can receive the power supply voltage needed to generate control signals from the power DC-DC unit 143.
  • the current measurement unit 146 may receive detection signals measured from the two current sensors 131 and 132 of the BDU 13 and measure the battery pack current flowing in the battery pack 11. The current measurement unit 146 may transmit information indicating the measured battery pack current to the MCU 141.
  • the high voltage measuring unit 147 is connected to the battery pack 11 through the high voltage cable 15 and can measure the battery pack voltage of the battery pack 11. In addition, the high voltage measuring unit 147 measures high voltages, such as the voltage at both ends of each of the main anode/cathode contactors 135, the voltage at both ends of the pyro fuse 139, and the voltage at both ends of the fuse 137, through the high voltage cable 15. The branch can measure the voltage of the node. The high voltages measured by the high voltage measurement unit 147 are transmitted to the MCU 141, and the MCU 141 uses the main anode/cathode contactor 135, the fuse 137, and the pyro fuse based on the measured high voltages. (139), etc., can be diagnosed for stuck close/open.
  • the insulation resistance measuring unit 148 can measure the insulation resistance of the battery pack 11.
  • the insulation resistance measuring unit 148 may be connected to the battery pack 11 through a high voltage cable 15 to measure the insulation resistance.
  • the insulation resistance measurement unit 148 may transmit the measured insulation resistance value to the MCU 141.
  • the MCU 141 may determine whether there is a leakage problem in the battery pack 11 based on the received insulation resistance value. For example, if the measured insulation resistance is less than a predetermined threshold, the MCU 141 may determine that there is an insulation problem and leakage current flows.
  • the high voltage cable 15 includes the positive and negative poles of the battery pack 11, the positive and negative poles of each of the plurality of battery modules 111 constituting the battery pack 11, both ends of the fuse 137, and the pyro fuse 139. ), one end of each of the main anode/cathode contactors 135 may be connected to a plurality of nodes for measuring the voltage. The other end of the high voltage cable 15 may be connected to a component for measuring high voltage, for example, the high voltage measurement unit 147, the insulation resistance measurement unit 148, etc.
  • the length of the high voltage cable 15 is long, increasing the design complexity of the battery device 1. That is, since the nodes to be measured must enter the BPCM 14 through the high voltage cable 15 and be connected to the BPCM 14, the length of the high voltage cable 15 increases as the distance between the BPCM 14 and the node increases. . Such design complexity can also increase safety risk due to high voltage.
  • Figure 2 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • the battery device 2 shown in FIG. 2 the same configurations compared to the battery device 1 shown in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals as those shown in FIG. 1.
  • the battery device 2 includes a battery pack 11, a CSC 12, a BDU 23, and a BPCM 24, where the BDU 23 includes a high voltage monitoring IC 230. and a power DC-DC section 235.
  • the BDU 23 like the BDU 13 in FIG.
  • a Hall-type current sensor 131 includes a Hall-type current sensor 131, a precharge contactor 133, a main anode/cathode contactor 134, It may further include a direct current fast charging (DCFC) contactor 135, a breaktor 136, a fuse 137, and a pyro fuse 138.
  • DCFC direct current fast charging
  • the high voltage monitoring IC 230 includes a shunt-type current sensor 231, a current measurement unit 232, a high voltage measurement unit 233, and an insulation resistance measurement unit 234.
  • the shunt-type current sensor 231, the high voltage measurement unit 233, and the insulation resistance measurement unit 234 of the BDU 23 are the shunt-type current sensor 131 and the high voltage measurement unit 147 of the battery device 1. ) and may be configured to perform the same function as the insulation resistance measuring unit 148. In this way, components related to high voltage can be bundled and implemented as the HV monitoring IC 233.
  • the current measurement unit 232 may measure the battery pack current based on the signal received from the shunt-type current sensor 231. The current measurement unit 232 may transmit information about the measured battery pack current to the BPCM 24 through CAN communication.
  • the high voltage measurement unit 233 is connected to the battery pack 11 and can measure the battery pack voltage of the battery pack 11. In addition, the high voltage measurement unit 233 measures the voltage of nodes with high voltage, such as the voltage between both ends of each of the main anode/cathode contactors 135, the voltage between both ends of the pyro fuse 139, and the voltage between both ends of the fuse 137. You can.
  • the high voltages measured by the high voltage measurement unit 233 are transmitted to the MCU 141, and the MCU 141 uses the main anode/cathode contactor 135, the fuse 137, and the pyro fuse based on the measured high voltages. (139), etc., can be diagnosed for stuck close/open.
  • the insulation resistance measurement unit 234 may determine whether there is a leakage problem in the battery pack 11 by measuring the insulation resistance of the battery pack 11.
  • the insulation resistance measuring unit 234 may be connected to the battery pack 11 to measure the insulation resistance.
  • the power DC-DC unit 235 may generate the power supply voltage required for the operation of the BDU 23.
  • the power DC-DC unit 235 may receive the voltage generated by the power DC-DC unit 143 of the BPCM 24 and generate the voltage required for the BDU 23.
  • the high voltage cable may not extend to the BPCM 24.
  • the design complexity of the battery device 2 can be reduced compared to FIG. 1.
  • Figure 3 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • the battery device 3 shown in FIG. 3 compared to the battery devices 1 and 2 shown in FIGS. 1 and 2, the same components are indicated by the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2.
  • the battery device 3 includes a CSC 12, a BDU 33, and a BPCM 34, and the BDU 33, unlike the BDU 23, has a Hall-type current sensor ( 131) is not included. Accordingly, the BPCM 34 does not receive information about the battery pack current and therefore does not include the current measurement unit 146.
  • the battery device 3 includes only one shunt-type current sensor 231. This can reduce the production cost of the battery device and secure space within the battery device.
  • Figure 4 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • the battery device 4 shown in FIG. 4 compared to the battery devices 1, 2, and 3 shown in FIGS. 1 to 3, the same components are indicated by the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 3. there is.
  • the battery device 4 includes a CSC 12, a BDU 43, and a BPCM 44, where the BDU 43 includes a high voltage monitoring IC 430, a power DC-DC unit, It includes (435), a contactor controller (436), and a pyro fuse control unit (437).
  • the BDU 43 is the same as the BDU 13 in FIG.
  • a precharge contactor 133 includes a precharge contactor 133, a main anode/cathode contactor 134, a direct current fast charging (DCFC) contactor 135, It may further include a breaktor (136), a fuse (137), and a pyro fuse (138).
  • DCFC direct current fast charging
  • the high voltage monitoring IC 430 may include both Hall-type and shunt-type current sensors 431. Since components related to high voltage and current are integrated in the high voltage monitoring IC 430, it is also possible to implement both types of current sensors. However, the invention is not limited to this, and the high voltage monitoring IC 430 may include only one type of current sensor.
  • the current measurement unit 432 may measure the battery pack current based on signals received from the Hall-type and shunt-type current sensors 431.
  • the current measurement unit 432 may transmit information about the measured battery pack current to the BPCM 44 through CAN communication.
  • the power DC-DC unit 435 may generate the power supply voltage of the BDU 43 by converting power supplied from outside the BDU 43.
  • the power DC-DC unit 435 may convert the power supplied from the battery pack 11 to generate the power supply voltage required for the BDU 43.
  • the contactor controller 436 operates with the voltage supplied from the power DC-DC unit 435, and transmits and receives information with the high voltage monitoring IC 430 through SPI communication to control the contactors 133, 134, and 135 and the breaker. Information necessary to control the operation of (136) can be obtained.
  • the contact control unit 436 may control the operation of the contactors 133, 134, and 135 and the breaker 136 based on control commands from the MCU 141 and information received from the high voltage monitoring IC 430. .
  • the pyro fuse controller 437 operates with the voltage supplied from the power DC-DC unit 435, and transmits and receives information with the high voltage monitoring IC 430 through SPI communication to control the pyro fuse 138. Information can be obtained.
  • the pyro fuse controller 437 may control the pyro fuse 138 based on information received from the high voltage monitoring IC 430. If necessary, the pyro fuse controller 437 may receive control commands from the MCU 141 and consider the control commands from the MCU 141 in controlling the pyro fuse 138.
  • the BPCM 44 does not include a power DC-DC section compared to one embodiment shown in FIG. 3. Since the BDU 43 includes a power DC-DC unit 435 that provides the voltage required for operation, the BPCM 44 may not include a power DC-DC unit for supplying external power.
  • Figure 5 is a diagram showing a battery device according to an embodiment.
  • the battery device 5 shown in FIG. 5 receives power from the battery pack 11 to generate the power voltage of the BDU 43, and the BDU 53 of the battery device 5 was connected to the BPCM 54.
  • the BDU 53 includes a power DC-DC unit 535, and the power DC-DC unit 535 converts the power supplied from the power DC-DC unit 143 of the BPCM 54 to the BDU 53.
  • the BDU 53 is the same as the BDU 13 in FIG. 1 and includes a precharge contactor 133, a main anode/cathode contactor 134, a direct current fast charging (DCFC) contactor 135, It may further include a breaktor (136), a fuse (137), and a pyro fuse (138).
  • the components 531 to 534 of the high voltage monitoring IC 530 of the BDU 53, the contact control unit 536, and the pyro fuse control unit 537 are the components of the high voltage monitoring IC 430 of the BDU 43 ( 431 to 434), the same as the contact control unit 436 and the pyro fuse control unit 437.
  • the battery device has been described as including one battery pack, but the invention is not limited thereto.
  • a battery device will be described as including a plurality of battery packs. Compared to the previously described embodiments, descriptions of the same configuration will be omitted.
  • Figure 6 is a diagram showing a battery system according to one embodiment.
  • the battery system 6 is shown as including three battery devices 100, 200, and 300.
  • the number of battery packs is not limited to that shown in FIG. 6.
  • the main battery device 100 which is one of the three battery devices 100, 200, and 300, may be implemented as one of the battery devices 2-5 shown in FIGS. 2 to 5.
  • the main battery pack 100 shown in FIG. 6 may have similar components and operations compared to the battery device 3 shown in FIG. 3.
  • the main battery device 100 includes a battery pack 110, CSC 120, BDU 130, and BPCM 140. Descriptions that overlap with those of the battery pack 11, CSC 12, BDU 33, and BPCM 34 of the battery device 3 shown in FIG. 3 will be omitted.
  • the BDU (130) includes a high voltage monitoring IC (610), a power DC-DC unit (615), a precharge contactor (133), a main anode/cathode contactor (134), and a direct current fast charging (DCFC). It may include a contactor 135, a breaktor 136, a fuse 137, and a pyro fuse 138.
  • the high voltage monitoring IC 610 may include a shunt-type current sensor 611, a current measurement unit 612, a high voltage measurement unit 613, and an insulation resistance measurement unit 614.
  • the high voltage measurement unit 613 is connected to the battery pack 110 and can measure the battery pack voltage of the battery pack 110.
  • the high voltage measuring unit 613 includes the voltage between both ends of each of the main anode/cathode contactors 134, the voltage between both ends of the DCFC contactor 135, the voltage between both ends of the pyro fuse 138, and the voltage between both ends of the fuse 137.
  • the voltage of a node with a high voltage can be measured.
  • the high voltages measured by the high voltage measurement unit 613 are transmitted to the MCU 141, and the MCU 141 connects the main anode/cathode contactor 134, the DCFC contactor 135, and the fuse based on the measured high voltages. (137), diagnosis of stuck close/open for pyro fuse (138), etc. can be performed.
  • the contactor controller 144 of the BPCM 140 controls the precharge contactor 133, the main anode/cathode contactor 134, the DCFC contactor 135, and the breaktor ( A control signal for controlling operations such as 136) can be generated and transmitted to the BDU 130.
  • the pyro fuse controller 145 of the BPCM 140 may generate a control signal to control the operation of the pyro fuse 138 and transmit it to the BDU 130.
  • the insulation resistance measurement unit 614 may measure the insulation resistance of the battery pack 110 to determine whether there is a leakage problem in the battery pack 110.
  • the insulation resistance measuring unit 614 may be connected to the battery pack 110 to measure the insulation resistance.
  • the power DC-DC unit 615 may generate the voltage necessary for the operation of the BDU 130.
  • the power DC-DC unit 615 may receive the voltage generated by the power DC-DC unit 143 of the BPCM 140 and generate the voltage required for the BDU 130.
  • the BDU 130 of the main battery pack 100 may transmit information about the battery pack current to the sub-battery devices 200 and 300 and the MCU 141 of the BPCM 140 through UART communication.
  • the BDU 130 may transmit information about the battery pack current to the MCU 141 through UART communication
  • the MCU 141 may transmit information about the battery pack current to the sub-battery devices 200 and 300. . Since the plurality of battery devices 100, 200, and 300 are connected in series, the same battery pack current may flow.
  • the current measurement unit 612 may measure the battery pack current using a signal received from the shunt-type current sensor 611.
  • the BDU 130 may transmit the current measured by the current measurement unit 612 to each of the BDUs 220 and/or the MCU 141 of the sub-battery devices 200 and 300 through UART communication. Then, the sub-battery devices 200 and 300 do not require a current sensor and a current measurement unit.
  • BPCM 140 may include an MCU 141, SBC 142, power DC-DC unit 143, contactor controller 144, and pyro fuse controller 145.
  • the MCU 141 receives status information about the battery packs 110, 210, and 310 from each of the plurality of battery devices 100, 200, and 300, and operates each battery device 100, 200, and 300 based on the status information. You can create control commands to control the operation of .
  • the control command may include cell balancing control of each battery device 100, 200, and 300, charge/discharge control of the battery pack, overvoltage protection operation control, overcurrent protection operation control, etc.
  • the power DC-DC unit 143 supplies power to each of the BDUs 130 and 630 of the plurality of battery devices 100, 200, and 300, and the contactor controller 144 supplies power to the BDUs 130 of the battery device 100. ), and the pyro fuse controller 145 may transmit a pyro fuse control signal to the BDU 130 of the battery device 100.
  • the sub-battery pack 200 may include a battery pack 610, a CSC 620, and a BDU 630. Description of the same configuration as that of the battery device 1 shown in FIG. 1 will be omitted.
  • BDU (630) includes a high voltage monitoring IC (640), power DC-DC unit (643), precharge contactor (644), main anode/cathode contactor (645), and direct current fast charging (DCFC). It may include a contactor 646, a breaktor 647, a fuse 648, and a pyro fuse 649.
  • the high voltage monitoring IC 640 may include a high voltage measurement unit 641 and an insulation resistance measurement unit 642.
  • the high voltage measurement unit 641 is connected to the battery pack 610 and can measure the battery pack voltage of the battery pack 610.
  • the high voltage measuring unit 641 is configured to measure the voltage between both ends of each of the main anode/cathode contactors 645, the voltage between both ends of the DCFC contactor 646, the voltage between both ends of the pyro fuse 649, and the voltage between both ends of the fuse 648.
  • the voltage of a node with a high voltage can be measured.
  • the high voltages measured by the high voltage measurement unit 641 are transmitted to the MCU 141, and the MCU 141 connects the main anode/cathode contactor 636, the DCFC contactor 646, and the fuse based on the measured high voltages. (648), diagnosis of stuck close/open for pyro fuse (649), etc. can be performed.
  • the contactor controller 144 of the BPCM 140 controls the precharge contactor 644, the main anode/cathode contactor 645, the DCFC contactor 646, and the breaktor ( A control signal for controlling operations such as 647) may be generated and transmitted to the sub-battery device 200.
  • the pyro fuse controller 145 of the BPCM 140 may generate a control signal to control the operation of the pyro fuse 649 and transmit it to the sub-battery device 200.
  • the insulation resistance measuring unit 642 may measure the insulation resistance of the battery pack 610 to determine whether there is a leakage problem in the battery pack 610.
  • the insulation resistance measuring unit 642 may be connected to the battery pack 610 to measure the insulation resistance.
  • the power DC-DC unit 643 may generate the voltage required for the operation of the BDU 630.
  • the power DC-DC unit 643 may receive the voltage generated by the power DC-DC unit 143 of the BPCM 140 and generate the voltage required for the BDU 630.
  • the BDU 630 of the sub-battery device 200 includes a precharge contactor 644, a main anode/cathode contactor 645, a DCFC contactor 646, a breaktor 647, and Although it is shown as including a pyro fuse 649, the invention is not limited thereto.
  • the BDU 630 may include only a contactor and a fuse 648 that connects the battery pack 610 with an adjacent battery pack (eg, 110). In this case, the BDU 630 can control the corresponding contactor using only a control signal for one of the control signals received from the pyro fuse controller 145 and the contactor controller 144.
  • the configuration of the sub-battery device 300 is the same as that of the sub-battery device 200, detailed description thereof will be omitted.
  • Figure 7 is a diagram showing a battery system according to one embodiment.
  • the battery system 7 is shown as including three battery devices 400, 500, and 600.
  • the number of battery packs is not limited to that shown in FIG. 7.
  • the main battery device 400 one of the three battery devices 400, 500, and 600, may be implemented as one of the battery devices 2-5 shown in FIGS. 2 to 5.
  • the main battery pack 400 shown in FIG. 7 may have similar components and operations compared to the battery device 5 shown in FIG. 5 .
  • the main battery device 400 includes a battery pack 410, CSC 420, BDU 430, and BPCM 440. Descriptions that overlap with those of the battery pack 11, CSC 12, BDU 53, and BPCM 54 of the battery device 5 shown in FIG. 5 will be omitted.
  • the BDU (430) includes a high voltage monitoring IC (710), a power DC-DC unit (715), a contactor controller (716), a pyro fuse controller (717), a precharge contactor (133), and a main anode/cathode contactor. (134), direct current fast charging (DCFC) contactor (135), breaktor (136), fuse (137), and pyro fuse (138). there is.
  • the high-voltage monitoring IC 710 may include a shunt-type and Hall-type current sensor 711, a current measurement unit 712, a high voltage measurement unit 713, and an insulation resistance measurement unit 714.
  • the high voltage measurement unit 713 is connected to the battery pack 410 and can measure the battery pack voltage of the battery pack 410.
  • the high voltage measuring unit 713 includes the voltage between both ends of each of the main anode/cathode contactors 134, the voltage between both ends of the DCFC contactor 136, the voltage between both ends of the pyro fuse 138, and the voltage between both ends of the fuse 137.
  • the voltage of a node with a high voltage can be measured.
  • the high voltages measured by the high voltage measurement unit 713 are transmitted to the MCU 141, and the MCU 141 connects the main anode/cathode contactor 134, the DCFC contactor 135, and the fuse based on the measured high voltages. (137), diagnosis of stuck close/open for pyro fuse (138), etc. can be performed.
  • the insulation resistance measurement unit 714 may measure the insulation resistance of the battery pack 410 to determine whether there is a leakage problem in the battery pack 410.
  • the insulation resistance measuring unit 714 may be connected to the battery pack 410 to measure the insulation resistance.
  • the power DC-DC unit 715 may generate the voltage required for the operation of the BDU 430.
  • the power DC-DC unit 715 may receive the voltage generated by the power DC-DC unit 143 of the BPCM 140 and generate the voltage required for the BDU 730.
  • the BDU 430 of the main battery pack 400 may transmit information about the battery pack current to the sub-battery devices 500 and 600 and the MCU 141 of the BPCM 440 through UART communication.
  • the BDU 430 may transmit information about the battery pack current to the MCU 141 through UART communication
  • the MCU 141 may transmit information about the battery pack current to the sub-battery devices 500 and 600. . Since the plurality of battery devices 400, 500, and 600 are connected in series, the same battery pack current may flow.
  • the current measurement unit 712 may measure the battery pack current using signals received from the shunt-type and Hall-type current sensors 611.
  • the BDU 430 may transmit the current measured by the current measurement unit 712 to the BDU 520 and/or the MCU 141 of each of the sub-battery devices 500 and 600 through UART communication. Then, the sub-battery devices 500 and 600 do not require a current sensor and a current measurement unit.
  • BPCM 440 may include an MCU 141, an SBC 142, and a power DC-DC unit 143.
  • the MCU 141 receives status information about the battery packs 410 and 510 from each of the plurality of battery devices 400, 500, and 600, and operates each battery device 400, 500, and 600 based on the status information. You can create control commands to control .
  • the control command may include cell balancing control of each battery device 400, 500, and 600, charge/discharge control of the battery pack, overvoltage protection operation control, overcurrent protection operation control, etc.
  • the power DC-DC unit 143 may supply power to each of the BDUs 430 and 530 of the plurality of battery devices 400, 500, and 600.
  • the contactor controller 716 operates with the voltage supplied from the power DC-DC unit 715, and transmits and receives information with the high voltage monitoring IC 710 through SPI communication to control the contactors 133, 134, and 135 and the breaker. Information necessary to control the operation of (136) can be obtained.
  • the contact control unit 716 may control the operation of the contactors 133, 134, and 135 and the breaker 136 based on control commands from the MCU 141 and information received from the high voltage monitoring IC 710. .
  • the pyro fuse controller 717 operates with the voltage supplied from the power DC-DC unit 715, and transmits and receives information with the high voltage monitoring IC 710 through SPI communication to control the pyro fuse 138. Information can be obtained.
  • the pyro fuse controller 717 may control the pyro fuse 138 based on information received from the high voltage monitoring IC 710. If necessary, the pyro fuse controller 717 may receive control commands from the MCU 141 and consider the control commands from the MCU 141 in controlling the pyro fuse 138.
  • the sub-battery pack 500 may include a battery pack 510, a CSC 520, and a BDU 530. Description of the same configuration as that of the battery device 1 shown in FIG. 1 will be omitted.
  • the BDU (530) includes a high voltage monitoring IC (540), a power DC-DC unit (543), a contactor controller (544), a pyro fuse controller (545), a precharge contactor (546), and a main anode/cathode contactor. It may include (547), DCFC contactor (548), breaktor (549), fuse (550), and pyro fuse (551).
  • the high voltage monitoring IC 540 may include a high voltage measurement unit 541 and an insulation resistance measurement unit 542.
  • the high voltage monitoring IC 540 may include a high voltage measurement unit 541 and an insulation resistance measurement unit 542.
  • the high voltage measurement unit 541 is connected to the battery pack 510 and can measure the battery pack voltage of the battery pack 510.
  • the high voltage measuring unit 541 is configured to measure the voltage between both ends of each of the main anode/cathode contactors 547, the voltage between both ends of the DCFC contactor 548, the voltage between both ends of the pyro fuse 551, and the voltage between both ends of the fuse 550.
  • the voltage of a node with a high voltage can be measured.
  • the high voltages measured by the high voltage measurement unit 541 are transmitted to the MCU 141, and the MCU 141 connects the main anode/cathode contactor 547, the DCFC contactor 548, and the fuse based on the measured high voltages. (550), diagnosis of stuck close/open for pyro fuse (551), etc. can be performed.
  • the insulation resistance measuring unit 542 may measure the insulation resistance of the battery pack 510 to determine whether there is a leakage problem in the battery pack 510.
  • the insulation resistance measuring unit 542 may be connected to the battery pack 510 to measure the insulation resistance.
  • the power DC-DC unit 543 may convert the power supplied from the power DC-DC unit 143 to generate the power supply voltage of the BDU 530.
  • the contactor controller 544 operates with the voltage supplied from the power DC-DC unit 543, and transmits and receives information with the high voltage monitoring IC 540 through SPI communication to control the contactors 546, 547, and 548 and the breaker. Information necessary to control the operation of 549 can be obtained.
  • the contact control unit 544 may control the operation of the contactors 546, 547, 548 and the breaker 549 based on control commands from the MCU 141 and information received from the high voltage monitoring IC 540. .
  • the pyro fuse controller 545 operates with the voltage supplied from the power DC-DC unit 543, and transmits and receives information with the high voltage monitoring IC 540 through SPI communication to control the pyro fuse 551. Information can be obtained.
  • the pyro fuse controller 545 may control the pyro fuse 551 based on information received from the high voltage monitoring IC 540. If necessary, the pyro fuse controller 545 may receive control commands from the MCU 141 and consider the control commands from the MCU 141 in controlling the pyro fuse 551.
  • sub-battery pack 600 Since the configuration of the sub-battery pack 600 is the same as that of the sub-battery pack 500, detailed description thereof will be omitted.
  • Figure 8 is a block diagram showing power transfer between BPCM and BDU according to one embodiment.
  • the main battery device includes a BPCM (81) and a BDU (82), and two sub-battery devices (83, 84) receive power from the BPCM (81).
  • a voltage (eg, 12V) of auxiliary power is supplied from the electric vehicle 10 to the BPCM 81.
  • the electric vehicle 10 may be equipped with an auxiliary power source to supply power to electrical equipment.
  • BPCM 81 can receive voltage from the battery pack.
  • the SBC (811) of the BPCM (81) converts the voltage of the auxiliary power supply and supplies it to the DC-DC converter (812).
  • the SBC 811 can change the voltage of 12V of the auxiliary power supply to 6.5V and supply it to the DC-DC converter 812.
  • the DC-DC converter 812 may be implemented as a flyback type.
  • the DC-DC converter 812 converts the input voltage to generate an output voltage, and the output voltage can be transmitted to the BDU 82 through the transformer 814. Since the primary side 813 and the secondary side 821 of the transformer 814 are insulated, isolated power can be supplied from the BPCM 81 to the BDU 82.
  • the primary side 813 of the transformer is provided with a primary coil constituting the transformer.
  • the BDU 82 includes a secondary side 821 of the transformer, and the secondary side 821 of the transformer is provided with a secondary coil constituting the transformer.
  • the output voltage of the DC-DC converter 812 which is insulated and delivered to the secondary side 821, may be supplied to the high voltage monitoring IC 823, the pyro fuse controller 825, and the contactor controller 826.
  • the power circuit 822 may convert the output voltage of the secondary side 821 and supply it to the controller 824.
  • the output voltage of the secondary side 821 is 12V
  • the power circuit 822 can convert the 12V voltage into a 5V voltage suitable for the controller 824 and supply it to the controller 824.
  • the controller 824 may be a control circuit that controls the operation of the high voltage monitoring IC 823.
  • the power DC-DC unit included in the BDU may include the secondary side 821 and the power circuit 822 shown in FIG. 8.
  • the high voltage monitoring IC 823, pyro fuse controller 825, and contactor controller 826 may be driven by the output voltage of the secondary side 821. Signals may be transmitted and received between the high voltage monitoring IC 823 and the pyro fuse controller 825, and between the high voltage monitoring IC 823 and the contactor controller 826 through SPI communication or a GPIO port (or OC port). .
  • the pyro fuse controller 825 can control the operation of blowing the pyro fuse 827.
  • the contactor controller 826 can control the operation of the precharge contactor, main anode/cathode contactor, and DCFC contactor.
  • the contactor 8 is a block that indicates a plurality of contactors, and a plurality of contactor control signals can be transmitted to the plurality of contactors in parallel from the contactor controller 826.
  • the voltage or current flowing in each of the plurality of contactors may be transmitted to the contactor controller 826.
  • the contactor controller 826 can detect short circuit, overcurrent, and high temperature conditions by detecting voltage and current transmitted from the contactor 828.
  • the high voltage monitoring IC 823 may transmit a control command to the pyro fuse controller 825 to blow the pyro fuse 827. Additionally, if the contactor 828 is kept closed rather than open, a fire or short circuit can be prevented by blowing the pyro fuse 827.
  • the BPCM 81 instructs the pyro fuse controller 825 to blow the pyro fuse 827 through the high voltage monitoring IC 823. Control commands can be transmitted. At this time, signal transmission and reception between the BPCM (81) and the BDU (82) can be implemented through UART communication.
  • the high voltage monitoring IC 823 may transmit a control command for controlling the opening and closing of the contactor 828 to the contactor controller 826 through SPI communication. Alternatively, using the GPIO port, the high voltage monitoring IC 823 may transmit a signal to the contactor controller 826 to control the contactor 828 to be opened or closed.
  • the contact controller 826 can detect the current flowing in the contactor 828 and transmit information indicating the detected current to the high voltage monitoring IC 823 through the GPIO port.
  • the contactor controller 826 may detect that an overcurrent or high temperature has occurred in the contactor 828 and notify the high voltage monitoring IC 823 of this through the GPIO port.
  • the sub-battery devices 83 and 84 may also receive isolated power from the BPCM 81 and operate in the same manner as the BDU 82.
  • Figure 9 is a diagram showing a partial configuration of a battery system according to an embodiment.
  • a plurality of battery packs 910, 920, and 930 are connected in series.
  • a main anode contactor 940 is connected between the anode of the main battery pack 910 and the output terminal (P+) of the battery system 9, and the cathode of the sub-battery pack 930 and the output terminal of the battery system 9 (
  • the main cathode contactor 950 is connected between P-).
  • the main battery pack 910 exemplarily includes four battery modules 911 to 914, and the pyro fuse 915 is connected between the battery module 912 and the battery module 913.
  • the battery module 912 may include a plurality of battery cells in units of two battery cells 916 connected in parallel.
  • the sub-battery packs 920 and 930 may also have the same structure as the main battery pack 910.
  • a contactor may be connected between the main battery pack 910 and the sub-battery pack 920, and between the sub-battery pack 920 and the sub-battery pack 930.
  • the main anode contactor 940 may include a switching unit 941 and a coil 942 that drives the switching unit 941.
  • the main cathode contactor 950 may include a switching unit 951 and a coil 952 that drives the switching unit 951.
  • the main anode/cathode contactors 940 and 950 can operate the switching units 941 and 951 when current flows through the coils 942 and 952 by a signal supplied from the contactor controller 826. Additionally, the main anode /The voltage or flowing current at both ends of each of the cathode contactors 940 and 950 may be transmitted to the contactor controller 826.
  • Figure 10 is a block diagram showing power transfer between BPCM and BDU according to one embodiment.
  • the BPCM 91 and the BDU 92 are not insulated, and the transformer 922 is located within the BDU 92, so that the output voltage of the DC-DC converter 921 is The power voltage is converted by the transformer 922 and supplied to other components of the BDU 92.
  • the power DC-DC unit of the BDU may include a DC-DC converter 921, a transformer 922, and a power circuit 923.
  • the DC-DC converter 921 converts the power supplied from the BPCM 91 to generate an output voltage, and the output voltage of the DC-DC converter 921 is input to the transformer 922.
  • the transformer 922 includes a primary side connected to the output terminal of the DC-DC converter 921 and a secondary side connected to each component of the BDU 92, and transfers the voltage supplied to the primary side to the secondary side. . That is, the transformer 922 can supply the output of the DC-DC converter 921 as the power supply voltage of each component of the BDU 92.
  • the power circuit 923, high-voltage monitoring IC 924, controller 925, pyro-fuse controller 926, contactor controller 927, pyro-fuse 928, and contactor 929 are as shown in FIG. 8.
  • the sub-battery devices 93 and 94 also have a DC-DC converter and transformer inside them, and can generate a power supply voltage by converting the voltage supplied from the BPCM 81.
  • BPCM Battery Pack Control Module

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Abstract

배터리 장치는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하고, 상기 배터리 팩에 흐르는 배터리 팩 전류의 전류를 모니터링 하는 BDU(Battery Disconnect Unit), 및 상기 배터리 팩의 상태를 나타내는 배터리 상태 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 상태를 진단하고, 상기 진단 결과에 기초하여 필요한 제어 명령을 상기 BDU에 전송하는 BPCM(Battery Pack Control Module)를 포함한다. 상기 BDU는, 상기 배터리 팩 전류를 감지한 결과에 기초하여 상기 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 배터리 팩의 배터리 팩 전압을 측정하는 고전압 측정부, 상기 배터리 팩의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정부, 및 상기 BDU의 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 전력 DC-DC 부를 포함한다.

Description

배터리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 05월 25일자 한국 특허 출원 제10-2022-0064151호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 개시는 배터리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 전기 자동차(hybrid electric vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV), 모터로 구동되는 전기 자동차 등은 고전압 배터리가 필요하다. 고전압 배터리에 대한 안정성을 위해서, 고전압 배터리를 구성하는 복수의 배터리 팩에 대한 전압, 전류, 절연 저항, 온도 등에 대한 모니터링 뿐만 아니라 이상 여부를 진단하는 진단 회로가 필요하다.
배터리 관리 시스템은 모니터링, 진단 등을 수행하는 구성으로, 차량에 구비되는 복수의 배터리 팩을 관리할 수 있다. 고전압 배터리를 구성하는 배터리 팩의 개수가 증가할수록, 복수의 배터리 팩과 배터리 관리 시스템을 연결하는 와이어하니스의 길이가 길어지고, 복수의 배터리 팩 각각에 대한 모니터링 및 진단을 수행하는 회로가 더 복잡해진다. 이는 고전압 배터리의 설계가 어려워지는 원인이 된다.
회로 복잡도를 개선한 배터리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 배터리 장치는, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하고, 상기 배터리 팩에 흐르는 배터리 팩 전류의 전류를 모니터링 하는 BDU(Battery Disconnect Unit), 및 상기 배터리 팩의 상태를 나타내는 배터리 상태 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 상태를 진단하고, 상기 진단 결과에 기초하여 필요한 제어 명령을 상기 BDU에 전송하는 BPCM(Battery Pack Control Module)를 포함한다. 상기 BDU는, 상기 배터리 팩 전류를 감지한 결과에 기초하여 상기 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 배터리 팩의 배터리 팩 전압을 측정하는 고전압 측정부, 상기 배터리 팩의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정부, 및 상기 BDU의 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 전력 DC-DC 부를 포함한다.
상기 BDU는, 상기 배터리 팩 전류를 감지하기 위한 션트-타입 전류 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 BUD는, 상기 배터리 팩 전류를 감지하기 위한 홀-타입 전류 센서를 더 포함하고, 상기 BPCM은, 상기 홀-타입 전류 센서로부터 감지된 결과에 기초하여 상기 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함할 수 있다.
상기 BDU는, 상기 배터리 팩의 양극 및 음극 각각에 연결되어 있는 메인 양극 컨택터 및 메인 음극 컨택터 및 상기 메인 양극 컨택터 및 상기 메인 음극 컨택터의 동작을 제어하는 컨택터 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 BDU는, 충격에 의해 상기 배터리 팩과 부하 간의 연결을 차단하는 파이로 퓨즈 및 상기 파이로 퓨즈를 제어하기 위한 파이로 퓨즈 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 BPCM은, 상기 BDU의 전력 DC-DC 부에 절연 형태로 전력을 공급하는 전력 DC-DC 부를 포함할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 배터리 시스템은, 메인 배터리 팩을 포함하는 메인 배터리 장치 및 상기 메인 배터리 팩에 연결되어 있는 서브 배터리 팩을 포함하는 서브 배터리 장치를 포함할 수 있다. 상기 메인 배터리 장치는, 상기 메인 배터리 팩과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하고, 상기 메인 배터리 팩에 흐르는 배터리 팩 전류의 전류를 모니터링 하는 제1 BDU(Battery Disconnect Unit) 및 상기 메인 배터리 팩의 상태를 나타내는 배터리 상태 정보에 기초하여 상기 메인 배터리 팩의 상태를 진단하고, 상기 진단 결과에 기초하여 필요한 제어 명령을 상기 BDU에 전송하는 BPCM(Battery Pack Control Module)을 포함할 수 있다. 상기 제1 BDU는, 상기 배터리 팩 전류를 감지한 결과에 기초하여 상기 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 메인 배터리 팩의 배터리 팩 전압을 측정하는 제1 고전압 측정부, 상기 메인 배터리 팩의 절연 저항을 측정하는 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 BDU의 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 제1 전력 DC-DC 부를 포함할 수 있다.
상기 BPCM은, 상기 제1 전력 DC-DC 부에 절연 형태로 전력을 공급하는 전력 DC-DC 부를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 배터리 장치는, 상기 서브 배터리 팩과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하는 제2 BDU를 포함할 수 있다. 상기 제2 BDU는, 상기 서브 배터리 팩의 배터리 팩 전압을 측정하는 제2 고전압 측정부, 상기 서브 배터리 팩의 절연 저항을 측정하는 제2 절연 저항 측정부, 및 상기 BDU의 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 제2 전력 DC-DC 부를 포함하며, 상기 BPCM은, 상기 제2 전력 DC-DC 부에 절연 형태로 전력을 공급하는 전력 DC-DC 부를 포함할 수 있다.
상기 제1 BDU는, 상기 메인 배터리 팩의 양극 및 음극 각각에 연결되어 있는 메인 양극 컨택터 및 메인 음극 컨택터 및 상기 메인 양극 컨택터 및 상기 메인 음극 컨택터의 동작을 제어하는 컨택터 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 절연 전력이 전달되고, 상기 제1 전력 DC-DC 부는, 상기 절연 전력으로 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 컨택터 제어기에 전원 전압을 공급할 수 있다.
상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 전력이 전달되고, 상기 제1 전력 DC-DC 부는, 상기 전달된 전력을 변환하는 DC-DC 컨버터, 및 상기 DC-DC 컨버터의 출력에 연결된 트랜스포머를 포함할 수 있다. 상기 트랜스포머로부터 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 컨택터 제어기에 전원 전압이 공급될 수 있다.
상기 제1 BDU는, 충격에 의해 상기 메인 배터리 팩과 부하 간의 연결을 차단하는 파이로 퓨즈 및 상기 파이로 퓨즈를 제어하기 위한 파이로 퓨즈 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 절연 전력이 전달되고, 상기 제1 전력 DC-DC 부는, 상기 절연 전력으로 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 파이로 퓨즈 제어기에 전원 전압을 공급할 수 있다.
또는, 상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 전력이 전달되고, 상기 제1 전력 DC-DC 부는, 상기 전달된 전력을 변환하는 DC-DC 컨버터 및 상기 DC-DC 컨버터의 출력에 연결된 트랜스포머를 포함하고, 상기 트랜스포머로부터 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 파이로 퓨즈 제어기에 전원 전압이 공급될 수 있다.
본 발명은, 회로 복잡도를 개선한 배터리 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 배터리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 BPCM 및 BDU 간의 전력 전달을 나타낸 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 BPCM 및 BDU 간의 전력 전달을 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
일 실시예에 따른 구성들 중 특정 제어 조건에서 다른 구성을 제어하는 구성에는, 다른 구성을 제어하기 위해 필요한 제어 알고리즘을 구체화한 명령어의 집합으로 구현된 프로그램이 설치될 수 있다. 제어 구성은 설치된 프로그램에 따라 입력 데이터 및 저장된 데이터를 처리하여 출력 데이터를 생성할 수 있다. 제어 구성은 프로그램을 저장하는 비휘발성 메모리 및 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 배터리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 장치(1)는 배터리 팩(11), CSC(Cell Supervisory Circuit)(12), BDU(Battery Disconnect Unit)(13), 및 BPCM(Battery Pack Control Module)(14)를 포함할 수 있다. 배터리 장치(1)은 전기 자동차(Electric Vehicle)(10)에 전기적으로 연결되어 전기 자동차(10)에 전력을 공급하며, 전기 자동차(10)와 CAN 통신, 무선 통신 등을 통해 연결되어 전력 공급과 관련된 정보를 송수신할 수 있다. 또한, 배터리 장치(1)는 전기 자동차(10)로부터 공급되는 전력을 통해 충전될 수 있고, 충전 제어를 위해 필요한 정보를 전기 자동차(10)와 송수신할 수 있다.
도 1에서는 배터리 팩(11)이 4 개의 배터리 셀로 구성된 3 개의 배터리 모듈을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 3 개의 배터리 모듈(111)은 직렬 연결되어 있고, 배터리 모듈(111)은 직렬 연결된 4 개의 배터리 셀(112)을 포함할 수 있다.
CSC(12)는 배터리 팩(11)을 구성하는 복수의 배터리 셀의 복수의 셀 전압 및 복수의 배터리 셀에 대한 온도를 모니터링하고, 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. CSC(12)는 BPCM(14)과의 통신을 통해 CSC(12)가 획득한 정보를 BPCM(14)으로 전송하고, BPCM(14)으로부터 모니터링 및 셀 밸런싱에 관한 제어 명령을 수신할 수 있다. CSC(12)는 복수의 배터리 셀(112) 각각의 양단에 연결되어 있을 수 있다.
BDU(13)는 배터리 팩(11)과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하고, 배터리 팩(11)에 흐르는 배터리 팩 전류의 전류를 모니터링 할 수 있다. 예를 들어, BDU(13)는 홀-타입 전류 센서(131), 션트-타입 전류 센서(132), 프리차지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136), 퓨즈(137), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(138)를 포함할 수 있다. 프리차지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136), 퓨즈(137), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(138)는 배터리 팩(11)의 양극 또는 음극, 배터리 팩(11)을 구성하는 배터리 모듈 등에 직접 연결되어 그 양단에 고전압이 인가될 수 있는 고전압 동작 소자일 수 있다.
두 개의 전류 센서(131, 132) 각각은 배터리 팩(11)에 흐르는 배터리 팩 전류를 감지하여 감지 신호를 생성할 수 있다. 홀-타입 전류 센서(131)는 배터리 팩 전류가 흐르는 배선에 전자기적으로 결합된 홀 센서를 이용하여 배터리 팩 전류를 측정하고, 션트-타입 전류 센서(132)는 배터리 팩 전류가 흐르는 경로 상에 위치하는 션트 저항을 이용하여 배터리 팩 전류를 측정할 수 있다.
프리차지 컨택터(133)는 배터리 팩(11)의 양극과 배터리 장치(1)의 양극 출력단 사이에 연결되고, 메인 양극/음극 컨택터(134)는 배터리 팩(11)의 양극과 양극 출력단 사이에 연결되어 있는 메인 양극 컨택터 및 배터리 팩(11)의 음극과 음극 출력단 사이에 연결되어 있는 메인 음극 컨택터를 포함할 수 있다.
직류 고속 충전 컨택터(135)는 배터리 팩(11)을 고속 충전하기 위해 외부 충전기와 연결될 수 있다.
브레익터(136)는 과전류 및 과전압으로부터 배터리 장치(1)을 보호하기 위한 보호 회로이다.
퓨즈(137)는 배터리 팩(11)을 과전류로부터 보호할 수 있고, 파이로 퓨즈(138)는 충격에 의해 배터리 팩(11)과 부하 간의 연결을 차단할 수 있다. 부하는 도 1에 도시된 전기 자동차(10)일 수 있다.
BDU(13)의 각 구성은 공지된 기술로 구현될 수 있어 본 명세에서 상세한 설명은 생략한다.
BPCM(14)은 CSC(12) 및 BDU(13)로부터 수신한 정보에 기초하여 CSC(12) 및 BDU(13)에 필요한 제어 명령을 생성하여 CSC(12) 및 BDU(13)에 전송할 수 있다. BPCM(14)은 배터리 셀의 셀 전압, 온도, 배터리 팩(11)의 전압, 전류, 온도 등 배터리 셀 및 배터리 팩(11)의 상태를 나타내는 상태 정보에 기초하여 배터리 셀 및 배터리 팩(11)의 상태를 진단하고, 진단 결과에 기초하여 필요한 제어 명령을 CSC(12) 및 BDU(13)에 전송할 수 있다. BPCM(14)은 전기 자동차(10)와의 통신을 통해 배터리 팩(11)의 관리에 필요한 정보를 수신하고, 수신한 정보에 기초하여 필요한 제어 명령을 CSC(12) 및 BDU(13)에 전송할 수 있다.
BPCM(14)은 MCU(Main Control Unit)(141), SBC(System Basis Chip)(142), 전력 DC-DC부(143), 컨택터 제어기(144), 파이로 퓨즈 제어기(145), 전류 측정부(146), 고전압 측정부(147), 및 절연저항 측정부(148)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성 외에도 통신 브릿지 IC, 온도 측정부, EEPROM, CAN 통신부 등 다양한 구성들이 BPCM(14)에 구비될 수 있다.
MCU(141)는 배터리 팩(11)에 대한 배터리 상태 정보를 분석하여 배터리 팩(11)의 상태를 결정하고, 결정한 상태에 따라 필요한 관리 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, MCU(141)는 배터리 팩(11) 중 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀이 있을 경우 CSC(12)를 제어하여 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. MCU(141)는 배터리 팩 전류를 적산하여 배터리 팩(11)의 SOC를 추정하고, 추정한 SOC에 기초하여 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 배터리 팩(11)의 내부 저항에 기초하여 배터리 팩(11)의 SOH를 추정할 수 있다. MCU(141)는 배터리 상태 정보에 기초하여 배터리 팩(11)에 대한 보호 동작이 필요한지 여부를 판단할 수 있고, 보호 동작이 필요한 경우 보호 동작을 기동시킬 수 있다.
SBC(142)는 MCU(141)의 제어에 따라 배터리 장치(1) 내의 전원을 관리할 수 있다. SBC(142)는 다른 레벨의 전원들을 생성하여 다중 출력 전원을 제공할 수 있고, 집적 회로로 구현될 수 있으며, CAN 또는 LIN 통신을 통해 다른 구성과 필요한 정보를 송수신할 수 있고, 배터리 장치(1)에 대한 안정 기능을 제공할 수 있다. SBC(142)는 MCU(141)와 SPI 통신을 통해 제어 명령을 수신할 수 있다.
전력 DC-DC부(143)는 SBC(142)로부터 공급되는 전원의 전압을 변환하여 BPCM(14)의 동작에 필요한 전압을 생성할 수 있다. 전력 DC-DC부(143)에 의해 생성된 전압은 BPCM(14)의 구성에 공급될 수 있다. 예를 들어, 컨택터 제어기(144)는 전력 DC-DC부(143)로부터 공급되는 전압을 이용하여 BDU(13)의 프리차지 컨택터(133), 및 메인 양극/음극 컨택터(134)의 열림 및 닫힘을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
컨택터 제어기(144)는 MCU(141)의 제어에 따라 BDU(13)의 프리차지 컨택터(133) 및 메인 양극/음극 컨택터(134)를 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하여 프리차지 컨택터(133) 및 메인 양극/음극 컨택터(134)에 전송할 수 있다. 컨택터 제어기(144)는 제어 신호들을 생성하는데 필요한 전원 전압을 전력 DC-DC부(143)로부터 공급받을 수 있다.
파이로 퓨즈 제어기(144)는 MCU(141)의 제어에 따라 파이로 퓨즈(139)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 파이로 퓨즈(139)에 전송할 수 있다. 컨택터 제어기(144)는 제어 신호들을 생성하는데 필요한 전원 전압을 전력 DC-DC부(143)로부터 공급받을 수 있다.
전류 측정부(146)는 BDU(13)의 두 전류 센서(131, 132)로부터 측정된 감지 신호를 수신하고, 배터리 팩(11)에 흐르는 배터리 팩 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정부(146)는 측정한 배터리 팩 전류를 지시하는 정보를 MCU(141)에 전송할 수 있다.
고전압 측정부(147)는 고전압 케이블(15)을 통해 배터리 팩(11)에 연결되어, 배터리 팩(11)의 배터리 팩 전압을 측정할 수 있다. 또한, 고전압 측정부(147)는 고전압 케이블(15)을 통해 메인 양극/음극 컨택터(135) 각각의 양단 전압, 파이로 퓨즈(139)의 양단 전압, 퓨즈(137)의 양단 전압 등 고전압을 가지는 노드의 전압을 측정할 수 있다. 고전압 측정부(147)에 의해 측정된 고전압들은 MCU(141)에 전송되고, MCU(141)는 측정된 고전압들에 기초하여 메인 양극/음극 컨택터(135), 퓨즈(137), 파이로 퓨즈(139)등에 대한 스턱 닫힘/개방(Stuck Close/Open)에 대한 진단을 수행할 수 있다.
절연 저항 측정부(148)는 배터리 팩(11)의 절연 저항을 측정할 수 있다. 절연 저항 측정부(148)는 절연 저항을 측정하기 위해서 고전압 케이블(15)을 통해 배터리 팩(11)에 연결될 수 있다. 절연 저항 측정부(148)는 측정한 절연 저항 값을 MCU(141)에 전송할 수 있다. MCU(141)는 수신한 절연 저항 값에 기초하여 배터리 팩(11)의 누설(leakage) 문제가 있는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, MCU(141)는 측정한 절연 저항이 소정의 임계 값 보다 작으면 절연에 문제가 있어 누설 전류가 흐르는 것으로 판단할 수 있다.
고전압 케이블(15)은 배터리 팩(11)의 양극 및 음극, 배터리 팩(11)을 구성하는 복수의 배터리 모듈(111)의 각각의 양극 및 음극, 퓨즈(137)의 양단, 파이로 퓨즈(139)의 양단, 메인 양극/음극 컨택터(135) 각각의 양단 등의 전압을 측정하기 위한 복수의 노드에 일단이 연결되어 있을 수 있다. 고전압 케이블(15)의 타단은 고전압을 측정하고자 하는 구성 예를 들어, 고전압 측정부(147), 절연 저항 측정부(148) 등에 연결되어 있을 수 있다.
배터리 팩(11) 및 BDU(13) 내에 고전압 케이블(15)이 연결되어 BPCM(14)으로 연장되므로, 고전압 케이블(15)의 길이가 길어 배터리 장치(1)의 설계 복잡도가 상승하게 된다. 즉, 고전압 케이블(15)을 통해 측정해야 할 노드들이 BPCM(14)으로 들어와 BPCM(14)과 연결되어야 하므로, BPCM(14)과 노드 간의 거리가 증가할수록 고전압 케이블(15)의 길이가 증가한다. 이와 같은 설계 복잡도는 고전압에 의한 안전 위험도(Safety Risk)도 증가시킬 수 있다.
도 2는 일 실시예 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2에서 도시된 배터리 장치(2)에서, 도 1에 도시된 배터리 장치(1)와 비교해 동일한 구성은 도 1에 기재된 도면 부호와 동일한 도면 부호로 표시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 장치(2)는 배터리 팩(11), CSC(12), BDU(23), 및 BPCM(24)를 포함하고, BDU(23)는 고전압 모니터링 IC(230) 및 전력 DC-DC 부(235)를 포함한다. 도 2에 도시되어 있지 않으나, BDU(23)는 도 1의 BDU(13)와 동일하게 홀-타입 전류 센서(131), 프리차지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136), 퓨즈(137), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(138)를 더 포함할 수 있다.　
고전압 모니터링 IC(230)는 션트-타입 전류 센서(231), 전류 측정부(232), 고전압 측정부(233), 및 절연 저항 측정부(234)를 포함한다. BDU(23)의 션트-타입 전류 센서(231), 고전압 측정부(233) 및 절연 저항 측정부(234)는, 배터리 장치(1)의 션트-타입 전류 센서(131), 고전압 측정부(147) 및 절연 저항 측정부(148)와 동일한 기능을 수행하는 구성일 수 있다. 이와 같이, 고전압과 관련된 구성을 묶어서 HV 모니터링 IC(233)로 구현될 수 있다.
전류 측정부(232)는 션트-타입 전류 센서(231)로부터 수신된 신호에 기초하여 배터리 팩 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정부(232)는 CAN 통신을 통해 BPCM(24)에 측정한 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송할 수 있다.
고전압 측정부(233)는 배터리 팩(11)에 연결되어, 배터리 팩(11)의 배터리 팩 전압을 측정할 수 있다. 또한, 고전압 측정부(233)는 메인 양극/음극 컨택터(135) 각각의 양단 전압, 파이로 퓨즈(139)의 양단 전압, 퓨즈(137)의 양단 전압 등 고전압을 가지는 노드의 전압을 측정할 수 있다. 고전압 측정부(233)에 의해 측정된 고전압들은 MCU(141)에 전송되고, MCU(141)는 측정된 고전압들에 기초하여 메인 양극/음극 컨택터(135), 퓨즈(137), 파이로 퓨즈(139)등에 대한 스턱 닫힘/개방(Stuck Close/Open)에 대한 진단을 수행할 수 있다.
절연 저항 측정부(234)는 배터리 팩(11)의 절연 저항을 측정하여 배터리 팩(11)의 누설(leakage) 문제가 있는지를 결정할 수 있다. 절연 저항 측정부(234)는 절연 저항을 측정하기 위해서 배터리 팩(11)에 연결될 수 있다.
전력 DC-DC부(235)는 BDU(23)의 동작에 필요한 전원 전압을 생성할 수 있다. 전력 DC-DC부(235)는 BPCM(24)의 전력 DC-DC 부(143)에 의해 생성된 전압을 공급받아 BDU(23)에 필요한 전압을 생성할 수 있다.
이와 같이, 고전압을 입력받아 처리하는 관련 구성들을 BDU(23) 내에 위치시킴으로써, 고전압 케이블이 BPCM(24)까지 연장되지 않을 수 있다. 이를 통해 배터리 장치(2)의 설계 복잡도가 도 1에 비해 감소할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 배터리 장치(3)에서, 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 장치(1, 2)과 비교해 동일한 구성은 도 1 및 도 2에 기재된 도면 부호와 동일한 도면 부호로 표시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 장치(3)은 CSC(12), BDU(33), 및 BPCM(34)를 포함하고, BDU(33)는 BDU(23)와 달리 홀-타입 전류 센서(131)를 포함하지 않는다. 이에 따라, BPCM(34)은 배터리 팩 전류에 대한 정보를 수신하지 않으므로, 전류 측정부(146)도 포함하지 않는다.
두 개 타입의 전류 센서(131, 132)를 이용하는 배터리 장치(1)과 달리 배터리 장치(3)은 하나의 션트-타입 전류 센서(231)만을 포함한다. 이를 통해 배터리 장치의 생산 원가를 절감하고, 배터리 장치 내에 공간 확보가 가능할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 배터리 장치(4)에서, 도 1 내지 도 3에 도시된 배터리 장치(1, 2, 3)과 비교해 동일한 구성은 도 1 내지 도 3에 기재된 도면 부호와 동일한 도면 부호로 표시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 장치(4)은 CSC(12), BDU(43), 및 BPCM(44)를 포함하고, BDU(43)는 고전압 모니터링 IC(430), 전력 DC-DC부(435), 컨택터 제어기(436), 및 파이로 퓨즈 제어부(437)를 포함한다. BDU(43)는 도 1의 BDU(13)와 동일하게 프리차지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136), 퓨즈(137), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(138)를 더 포함할 수 있다.　
고전압 모니터링 IC(430)는 홀-타입 및 션트-타입 전류 센서(431) 모두를 포함할 수 있다. 고전압 모니터링 IC(430)에 고전압 및 전류와 관련된 구성들이 집적되어 있으므로, 두 가지 타입의 전류 센서 모두를 구현하는 것도 가능하다. 다만, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 고전압 모니터링 IC(430)는 한 타입의 전류 센서만을 포함할 수 있다.
전류 측정부(432)는 홀-타입 및 션트-타입 전류 센서(431)로부터 수신된 신호에 기초하여 배터리 팩 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정부(432)는 CAN 통신을 통해 BPCM(44)에 측정한 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송할 수 있다.
전력 DC-DC부(435)는 BDU(43) 외부로부터 공급되는 전력을 변환하여 BDU(43)의 전원 전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전력 DC-DC 부(435)는 배터리 팩(11)으로부터 공급되는 전력을 변환하여 BDU(43)에 필요한 전원 전압을 생성할 수 있다.
컨택터 제어기(436)는 전력 DC-DC 부(435)로부터 공급되는 전압으로 동작하고, SPI 통신을 통해 고전압 모니터링 IC(430)와 정보를 송수신하여 컨택터들(133, 134, 135) 및 브레익터(136)의 동작을 제어하기 위해 필요한 정보를 획득할 수 있다. 컨택트 제어부(436)는 MCU(141)로부터의 제어 명령 및 고전압 모니터링 IC(430)로부터 수신한 정보에 기초하여 컨택터들(133, 134, 135) 및 브레익터(136)의 동작을 제어할 수 있다.
파이로 퓨즈 제어기(437)는 전력 DC-DC 부(435)로부터 공급되는 전압으로 동작하고, SPI 통신을 통해 고전압 모니터링 IC(430)와 정보를 송수신하여 파이로 퓨즈(138)를 제어하기 위해 필요한 정보를 획득할 수 있다. 파이로 퓨즈 제어기(437)는 고전압 모니터링 IC(430)로부터 수신한 정보에 기초하여 파이로 퓨즈(138)를 제어할 수 있다. 필요한 경우, 파이로 퓨즈 제어기(437)는 MCU(141)로부터 제어 명령을 수신하여, 파이로 퓨즈(138)를 제어하는데 있어 MCU(141)로부터의 제어 명령을 고려할 수 있다.
BPCM(44)은 도 3에 도시된 일 실시예와 비교하여 전력 DC-DC 부를 포함하지 않는다. BDU(43)가 동작에 필요한 전압을 제공하는 전력 DC-DC 부(435)를 포함하고 있으므로, BPCM(44)은 외부에 전력을 공급하기 위한 전력 DC-DC 부를 포함하지 않을 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 장치를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 배터리 장치(5)와 도 4에 도시된 배터리 장치(4) 간에는 전력 생성 구성에만 차이가 있다. 예를 들어, 배터리 장치(4)의 BDU(43)는 배터리 팩(11)으로부터 전력을 공급받아 BDU(43)의 전원 전압을 생성하였고, 배터리 장치(5)의 BDU(53)는 BPCM(54)의 전력 DC-DC 부(143)로부터 전력을 공급받는다. BDU(53)는 전력 DC-DC 부(535)를 포함하고, 전력 DC-DC 부(535)는 BPCM(54)의 전력 DC-DC 부(143)로부터 공급되는 전력을 변환하여 BDU(53)의 전원 전압을 생성할 수 있다.
BDU(53)는 도 1의 BDU(13)와 동일하게 프리차지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136), 퓨즈(137), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(138)를 더 포함할 수 있다.　BDU(53)의 고전압 모니터링 IC(530)의 구성들(531~534), 컨택트 제어부(536), 및 파이로 퓨즈 제어부(537)는 BDU(43)의 고전압 모니터링 IC(430)의 구성들(431~434), 컨택트 제어부(436) 및 파이로 퓨즈 제어부(437)와 동일하다.
지금까지 실시예들에서 배터리 장치는 하나의 배터리 팩을 포함하는 것으로 설명하였으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예들에서는 배터리 장치가 복수의 배터리 팩을 포함하는 것으로 설명한다. 앞서 설명한 실시예들과 비교해 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6에서는 배터리 시스템(6)이 3 개의 배터리 장치(100, 200, 300)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 배터리 팩의 개수는 도 6에 도시된 것에 한정되지 않는다.
3개의 배터리 장치(100, 200, 300) 중 하나인 메인 배터리 장치(100)는 도 2 내지 도 5에 도시된 배터리 장치들(2-5) 중 하나로 구현될 수 있다. 도 6에 도시된 메인 배터리 팩(100)은 도 3에 도시된 배터리 장치(3)과 비교하여 구성 요소 및 동작이 유사할 수 있다.
메인 배터리 장치(100)는 배터리 팩(110), CSC(120), BDU(130), 및 BPCM(140)을 포함한다. 도 3에 도시된 배터리 장치(3)의 배터리 팩(11), CSC(12), BDU(33), 및 BPCM(34)에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
BDU(130)는 고전압 모니터링 IC(610), 전력 DC-DC 부(615), 프리차지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136), 퓨즈(137), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(138)를 포함할 수 있다.　 고전압 모니터링 IC(610)는 션트-타입 전류 센서(611), 전류 측정부(612), 고전압 측정부(613), 및 절연 저항 측정부(614)를 포함할 수 있다.
고전압 측정부(613)는 배터리 팩(110)에 연결되어, 배터리 팩(110)의 배터리 팩 전압을 측정할 수 있다. 또한, 고전압 측정부(613)는 메인 양극/음극 컨택터(134) 각각의 양단 전압, DCFC 컨택터(135)의 양단 전압, 파이로 퓨즈(138)의 양단 전압, 퓨즈(137)의 양단 전압 등 고전압을 가지는 노드의 전압을 측정할 수 있다. 고전압 측정부(613)에 의해 측정된 고전압들은 MCU(141)에 전송되고, MCU(141)는 측정된 고전압들에 기초하여 메인 양극/음극 컨택터(134), DCFC 컨택터(135), 퓨즈(137), 파이로 퓨즈(138)등에 대한 스턱 닫힘/개방(Stuck Close/Open)에 대한 진단을 수행할 수 있다.
BPCM(140)의 컨택터 제어기(144)는 서브 배터리 장치(200)의 프리챠지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), DCFC 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136) 등의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 BDU(130)에 전송할 수 있다. BPCM(140)의 파이로 퓨즈 제어기(145)는 파이로 퓨즈(138)동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 BDU(130)에 전송할 수 있다.
절연 저항 측정부(614)는 배터리 팩(110)의 절연 저항을 측정하여 배터리 팩(110)의 누설(leakage) 문제가 있는지를 결정할 수 있다. 절연 저항 측정부(614)는 절연 저항을 측정하기 위해서 배터리 팩(110)에 연결될 수 있다.
전력 DC-DC 부(615)는 BDU(130)의 동작에 필요한 전압을 생성할 수 있다. 전력 DC-DC부(615)는 BPCM(140)의 전력 DC-DC 부(143)에 의해 생성된 전압을 공급받아 BDU(130)에 필요한 전압을 생성할 수 있다.
메인 배터리 팩(100)의 BDU(130)는 UART 통신을 통해 서브 배터리 장치(200, 300) 및 BPCM(140)의 MCU(141)에 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송할 수 있다. 또는, BDU(130)는 UART 통신을 통해 MCU(141)에 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송하고, MCU(141)가 서브 배터리 장치(200, 300)에 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송할 수 있다. 복수의 배터리 장치(100, 200, 300)는 직렬 연결되어 있으므로, 동일한 배터리 팩 전류가 흐를 수 있다. 메인 배터리 장치(100)의 BDU(130)에서, 전류 측정부(612)는 션트-타입 전류 센서(611)로부터 수신한 신호를 이용하여 배터리 팩 전류를 측정할 수 있다. BDU(130)는 전류 측정부(612)에 의해 측정된 전류를 서브 배터리 장치(200, 300) 각각의 BDU(220) 및/또는 MCU(141)에 UART 통신을 통해서 전송할 수 있다. 그러면, 서브 배터리 장치(200, 300)에는 전류 센서 및 전류 측정부의 구성이 필요하지 않게 된다.
BPCM(140)은 MCU(141), SBC(142), 전력 DC-DC부(143), 컨택터 제어기(144), 및 파이로 퓨즈 제어기(145)를 포함할 수 있다. MCU(141)는 복수의 배터리 장치(100, 200, 300) 각각으로부터 배터리 팩(110, 210, 310)에 대한 상태 정보를 수신하고, 상태 정보에 기초하여 각 배터리 장치(100, 200, 300)의 동작을 제어하기 위한 제어 명령을 생성할 수 있다. 제어 명령은 각 배터리 장치(100, 200, 300)의 셀 밸런싱 제어, 배터리 팩의 충방전 제어, 과전압 보호 동작 제어, 과전류 보호 동작 제어 등을 포함할 수 있다.
전력 DC-DC부(143)는 복수의 배터리 장치(100, 200, 300) 각각의 BDU(130, 630)에 전력을 공급하고, 컨택터 제어기(144)는 배터리 장치(100)의 BDU(130)에 컨택터 제어 신호들을 전송하며, 파이로 퓨즈 제어기(145)는 배터리 장치(100)의 BDU(130)에 파이로 퓨즈 제어 신호를 전송할 수 있다.
서브 배터리 팩(200)은 배터리 팩(610), CSC(620) 및 BDU(630)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 배터리 장치(1)의 구성과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
BDU(630)는 고전압 모니터링 IC(640), 전력 DC-DC 부(643), 프리차지 컨택터(644), 메인 양극/음극 컨택터(645), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(646), 브레익터(breaktor)(647), 퓨즈(648), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(649)를 포함할 수 있다.　 고전압 모니터링 IC(640)는 고전압 측정부(641) 및 절연 저항 측정부(642)를 포함할 수 있다.
고전압 측정부(641)는 배터리 팩(610)에 연결되어, 배터리 팩(610)의 배터리 팩 전압을 측정할 수 있다. 또한, 고전압 측정부(641)는 메인 양극/음극 컨택터(645) 각각의 양단 전압, DCFC 컨택터(646)의 양단 전압, 파이로 퓨즈(649)의 양단 전압, 퓨즈(648)의 양단 전압 등 고전압을 가지는 노드의 전압을 측정할 수 있다. 고전압 측정부(641)에 의해 측정된 고전압들은 MCU(141)에 전송되고, MCU(141)는 측정된 고전압들에 기초하여 메인 양극/음극 컨택터(636), DCFC 컨택터(646), 퓨즈(648), 파이로 퓨즈(649)등에 대한 스턱 닫힘/개방(Stuck Close/Open)에 대한 진단을 수행할 수 있다.
BPCM(140)의 컨택터 제어기(144)는 서브 배터리 장치(200)의 프리챠지 컨택터(644), 메인 양극/음극 컨택터(645), DCFC 컨택터(646), 브레익터(breaktor)(647) 등의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 서브 배터리 장치(200)에 전송할 수 있다. BPCM(140)의 파이로 퓨즈 제어기(145)는 파이로 퓨즈(649)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 서브 배터리 장치(200)에 전송할 수 있다.
절연 저항 측정부(642)는 배터리 팩(610)의 절연 저항을 측정하여 배터리 팩(610)의 누설(leakage) 문제가 있는지를 결정할 수 있다. 절연 저항 측정부(642)는 절연 저항을 측정하기 위해서 배터리 팩(610)에 연결될 수 있다.
전력 DC-DC 부(643)는 BDU(630)의 동작에 필요한 전압을 생성할 수 있다. 전력 DC-DC부(643)는 BPCM(140)의 전력 DC-DC 부(143)에 의해 생성된 전압을 공급받아 BDU(630)에 필요한 전압을 생성할 수 있다.
도 6에서는 서브 배터리 장치(200)의 BDU(630)가 프리챠지 컨택터(644), 메인 양극/음극 컨택터(645), DCFC 컨택터(646), 브레익터(breaktor)(647), 및 파이로 퓨즈(649)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, BDU(630)는 인접한 배터리 팩(예를 들어, 110)과 배터리 팩(610)을 연결하는 컨택터 및 퓨즈(648)만을 포함할 수 있다. 이 경우, BDU(630)는 파이로 퓨즈 제어기(145) 및 컨택터 제어기(144)로부터 수신되는 제어 신호 중 하나의 컨택터에 대한 제어 신호만을 이용하여 해당 컨택터를 제어할 수 있다.
서브 배터리 장치(300)의 구성은 서브 배터리 장치(200)의 구성과 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7에서는 배터리 시스템(7)이 3 개의 배터리 장치(400, 500, 600)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 배터리 팩의 개수는 도 7에 도시된 것에 한정되지 않는다.
3개의 배터리 장치(400, 500, 600) 중 하나인 메인 배터리 장치(400)는 도 2 내지 도 5에 도시된 배터리 장치들(2-5) 중 하나로 구현될 수 있다. 도 7에 도시된 메인 배터리 팩(400)은 도 5에 도시된 배터리 장치(5)와 비교하여 구성 요소 및 동작이 유사할 수 있다.
메인 배터리 장치(400)는 배터리 팩(410), CSC(420), BDU(430), 및 BPCM(440)을 포함한다. 도 5에 도시된 배터리 장치(5)의 배터리 팩(11), CSC(12), BDU(53), 및 BPCM(54)에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
BDU(430)는 고전압 모니터링 IC(710), 전력 DC-DC 부(715), 컨택터 제어기(716), 파이로 퓨즈 제어기(717), 프리차지 컨택터(133), 메인 양극/음극 컨택터(134), 직류 고속 충전(Direct current fast charging, DCFC) 컨택터(135), 브레익터(breaktor)(136), 퓨즈(137), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(138)를 포함할 수 있다.　 고전압 모니터링 IC(710)는 션트-타입 및 홀-타입 전류 센서(711), 전류 측정부(712), 고전압 측정부(713), 및 절연 저항 측정부(714)를 포함할 수 있다.
고전압 측정부(713)는 배터리 팩(410)에 연결되어, 배터리 팩(410)의 배터리 팩 전압을 측정할 수 있다. 또한, 고전압 측정부(713)는 메인 양극/음극 컨택터(134) 각각의 양단 전압, DCFC 컨택터(136)의 양단 전압, 파이로 퓨즈(138)의 양단 전압, 퓨즈(137)의 양단 전압 등 고전압을 가지는 노드의 전압을 측정할 수 있다. 고전압 측정부(713)에 의해 측정된 고전압들은 MCU(141)에 전송되고, MCU(141)는 측정된 고전압들에 기초하여 메인 양극/음극 컨택터(134), DCFC 컨택터(135), 퓨즈(137), 파이로 퓨즈(138)등에 대한 스턱 닫힘/개방(Stuck Close/Open)에 대한 진단을 수행할 수 있다.
절연 저항 측정부(714)는 배터리 팩(410)의 절연 저항을 측정하여 배터리 팩(410)의 누설(leakage) 문제가 있는지를 결정할 수 있다. 절연 저항 측정부(714)는 절연 저항을 측정하기 위해서 배터리 팩(410)에 연결될 수 있다.
전력 DC-DC 부(715)는 BDU(430)의 동작에 필요한 전압을 생성할 수 있다. 전력 DC-DC부(715)는 BPCM(140)의 전력 DC-DC 부(143)에 의해 생성된 전압을 공급받아 BDU(730)에 필요한 전압을 생성할 수 있다.
메인 배터리 팩(400)의 BDU(430)는 UART 통신을 통해 서브 배터리 장치(500, 600) 및 BPCM(440)의 MCU(141)에 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송할 수 있다. 또는, BDU(430)는 UART 통신을 통해 MCU(141)에 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송하고, MCU(141)가 서브 배터리 장치(500, 600)에 배터리 팩 전류에 대한 정보를 전송할 수 있다. 복수의 배터리 장치(400, 500, 600)는 직렬 연결되어 있으므로, 동일한 배터리 팩 전류가 흐를 수 있다. 메인 배터리 장치(400)의 BDU(430)에서, 전류 측정부(712)는 션트-타입 및 홀-타입 전류 센서(611)로부터 수신한 신호를 이용하여 배터리 팩 전류를 측정할 수 있다. BDU(430)는 전류 측정부(712)에 의해 측정된 전류를 서브 배터리 장치(500, 600) 각각의 BDU(520) 및/또는 MCU(141)에 UART 통신을 통해서 전송할 수 있다. 그러면, 서브 배터리 장치(500, 600)에는 전류 센서 및 전류 측정부의 구성이 필요하지 않게 된다.
BPCM(440)은 MCU(141), SBC(142), 및 전력 DC-DC부(143)를 포함할 수 있다. MCU(141)는 복수의 배터리 장치(400, 500, 600) 각각으로부터 배터리 팩(410, 510)에 대한 상태 정보를 수신하고, 상태 정보에 기초하여 각 배터리 장치(400, 500, 600)의 동작을 제어하기 위한 제어 명령을 생성할 수 있다. 제어 명령은 각 배터리 장치(400, 500, 600)의 셀 밸런싱 제어, 배터리 팩의 충방전 제어, 과전압 보호 동작 제어, 과전류 보호 동작 제어 등을 포함할 수 있다. 전력 DC-DC부(143)는 복수의 배터리 장치(400, 500, 600) 각각의 BDU(430, 530)에 전력을 공급할 수 있다.
컨택터 제어기(716)는 전력 DC-DC 부(715)로부터 공급되는 전압으로 동작하고, SPI 통신을 통해 고전압 모니터링 IC(710)와 정보를 송수신하여 컨택터들(133, 134, 135) 및 브레익터(136)의 동작을 제어하기 위해 필요한 정보를 획득할 수 있다. 컨택트 제어부(716)는 MCU(141)로부터의 제어 명령 및 고전압 모니터링 IC(710)로부터 수신한 정보에 기초하여 컨택터들(133, 134, 135) 및 브레익터(136)의 동작을 제어할 수 있다.
파이로 퓨즈 제어기(717)는 전력 DC-DC 부(715)로부터 공급되는 전압으로 동작하고, SPI 통신을 통해 고전압 모니터링 IC(710)와 정보를 송수신하여 파이로 퓨즈(138)를 제어하기 위해 필요한 정보를 획득할 수 있다. 파이로 퓨즈 제어기(717)는 고전압 모니터링 IC(710)로부터 수신한 정보에 기초하여 파이로 퓨즈(138)를 제어할 수 있다. 필요한 경우, 파이로 퓨즈 제어기(717)는 MCU(141)로부터 제어 명령을 수신하여, 파이로 퓨즈(138)를 제어하는데 있어 MCU(141)로부터의 제어 명령을 고려할 수 있다.
서브 배터리 팩(500)은 배터리 팩(510), CSC(520) 및 BDU(530)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 배터리 장치(1)의 구성과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
BDU(530)는 고전압 모니터링 IC(540), 전력 DC-DC 부(543), 컨택터 제어기(544), 파이로 퓨즈 제어기(545), 프리차지 컨택터(546), 메인 양극/음극 컨택터(547), DCFC 컨택터(548), 브레익터(breaktor)(549), 퓨즈(550), 및 파이로 퓨즈(pyro fuse)(551)를 포함할 수 있다.　 고전압 모니터링 IC(540)는 고전압 측정부(541), 및 절연 저항 측정부(542)를 포함할 수 있다.
고전압 모니터링 IC(540)는 고전압 측정부(541), 및 절연 저항 측정부(542)를 포함할 수 있다.
고전압 측정부(541)는 배터리 팩(510)에 연결되어, 배터리 팩(510)의 배터리 팩 전압을 측정할 수 있다. 또한, 고전압 측정부(541)는 메인 양극/음극 컨택터(547) 각각의 양단 전압, DCFC 컨택터(548)의 양단 전압, 파이로 퓨즈(551)의 양단 전압, 퓨즈(550)의 양단 전압 등 고전압을 가지는 노드의 전압을 측정할 수 있다. 고전압 측정부(541)에 의해 측정된 고전압들은 MCU(141)에 전송되고, MCU(141)는 측정된 고전압들에 기초하여 메인 양극/음극 컨택터(547), DCFC 컨택터(548), 퓨즈(550), 파이로 퓨즈(551)등에 대한 스턱 닫힘/개방(Stuck Close/Open)에 대한 진단을 수행할 수 있다.
절연 저항 측정부(542)는 배터리 팩(510)의 절연 저항을 측정하여 배터리 팩(510)의 누설(leakage) 문제가 있는지를 결정할 수 있다. 절연 저항 측정부(542)는 절연 저항을 측정하기 위해서 배터리 팩(510)에 연결될 수 있다.
전력 DC-DC 부(543)는 전력 DC-DC 부(143)로부터 공급되는 전력을 변환하여 BDU(530)의 전원 전압을 생성할 수 있다.
컨택터 제어기(544)는 전력 DC-DC 부(543)로부터 공급되는 전압으로 동작하고, SPI 통신을 통해 고전압 모니터링 IC(540)와 정보를 송수신하여 컨택터들(546, 547, 548) 및 브레익터(549)의 동작을 제어하기 위해 필요한 정보를 획득할 수 있다. 컨택트 제어부(544)는 MCU(141)로부터의 제어 명령 및 고전압 모니터링 IC(540)로부터 수신한 정보에 기초하여 컨택터들(546, 547, 548) 및 브레익터(549)의 동작을 제어할 수 있다.
파이로 퓨즈 제어기(545)는 전력 DC-DC 부(543)로부터 공급되는 전압으로 동작하고, SPI 통신을 통해 고전압 모니터링 IC(540)와 정보를 송수신하여 파이로 퓨즈(551)를 제어하기 위해 필요한 정보를 획득할 수 있다. 파이로 퓨즈 제어기(545)는 고전압 모니터링 IC(540)로부터 수신한 정보에 기초하여 파이로 퓨즈(551)를 제어할 수 있다. 필요한 경우, 파이로 퓨즈 제어기(545)는 MCU(141)로부터 제어 명령을 수신하여, 파이로 퓨즈(551)를 제어하는데 있어 MCU(141)로부터의 제어 명령을 고려할 수 있다.
서브 배터리 팩(600)의 구성은 서브 배터리 팩(500)의 구성과 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 일 실시예에 따른 복수의 배터리 장치를 배터리 시스템에서의 전력 전달을 설명한다.
도 8은 일 실시예에 따른 BPCM 및 BDU 간의 전력 전달을 나타낸 블록도이다.
도 8에서는 전력 전달에 관련된 구성들이 주로 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 메인 배터리 장치는 BPCM(81) 및 BDU(82)를 포함하고, 두 개의 서브 배터리 장치(83, 84)가 BPCM(81)으로부터 전력을 공급받는다. 전기 자동차(10)로부터 BPCM(81)로 보조 전원의 전압(예를 들어, 12V)이 공급된다. 전기 자동차(10)는 전장비에 전력을 공급하기 위한 보조 전원이 구비될 수 있다. 도 8에서는 이 보조 전원으로부터 BPCM(81)로 전압이 공급되는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. BPCM(81)은 배터리 팩으로부터 전압을 공급받을 수 있다.
BPCM(81)의 SBC(811)는 보조 전원의 전압을 변환하여 DC-DC 컨버터(812)에 공급한다. 예를 들어, SBC(811)는 보조 전원의 전압 12V를 6.5V로 변화하여 DC-DC 컨버터(812)에 공급할 수 있다. DC-DC 컨버터(812)는 플라이백 타입으로 구현될 수 있다. DC-DC 컨버터(812)는 입력 전압을 변환하여 출력 전압을 생성하고, 출력 전압은 트랜스포머(814)를 통해 BDU(82)에 전달할 수 있다. 트랜스포머(814)의 1차측(813)과 2차측(821)은 절연되어 있으므로, BPCM(81)으로부터 BDU(82)로 절연 전력이 공급될 수 있다. 트랜스포머의 1차측(813)에는 트랜스포머를 구성하는 1차측 코일이 구비되어 있다.
BDU(82)는 트랜스포머의 2차측(821)을 포함하고, 트랜스포머의 2차측(821)에는 트랜스포머를 구성하는 2차측 코일이 구비되어 있다. 2차측(821)으로 절연 전달된 DC-DC 컨버터(812)의 출력 전압은 고전압 모니터링 IC(823), 파이로 퓨즈 제어기(825), 및 컨택터 제어기(826)에 공급될 수 있다.
전력 회로(822)는 2차측(821)의 출력 전압을 변환하여 제어기(824)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 2차측(821)의 출력 전압은 12V이고, 전력 회로(822)는 12V의 전압을 제어기(824)에 적합한 5V 전압으로 변환하여 제어기(824)에 공급할 수 있다. 제어기(824)는 고전압 모니터링 IC(823)의 동작을 제어하는 제어 회로일 수 있다. 앞선 실시예에서, BDU에 포함된 전력 DC-DC 부는 도 8에 도시된 2차측(821)과 전력 회로(822)를 포함할 수 있다.
고전압 모니터링 IC(823), 파이로 퓨즈 제어기(825) 및 컨택터 제어기(826)는 2차측(821)의 출력 전압에 의해 구동될 수 있다. 고전압 모니터링 IC(823)와 파이로 퓨즈 제어기(825) 사이, 및 고전압 모니터링 IC(823)와 컨택터 제어기(826) 사이에는 SPI 통신 또는 GPIO 포트(또는 OC 포트)를 통해 신호가 송수신될 수 있다. 파이로 퓨즈 제어기(825)는 파이로 퓨즈(827)를 끊는 동작을 제어할 수 있다. 컨택터 제어기(826)는 프리차지 컨택터, 메인 양극/음극 컨택터, DCFC 컨택터 등의 동작을 제어할 수 있다. 도 8에 도시된 컨택터(828)은 복수의 컨택터를 지시하는 블록으로, 컨택터 제어기(826)로부터 복수의 컨택터 제어 신호가 복수의 컨택터에 병렬 적으로 전달될 수 있다. 아울러, 복수의 컨택터 각각에 발생하는 전압 또는 흐르는 전류가 컨택터 제어기(826)에 전달될 수 있다. 컨택터 제어기(826)는 컨택터(828)로부터 전달되는 전압, 전류 등을 감지하여 단락 회로, 과전류, 고온 상태를 감지할 수 있다.
고전압 모니터링 IC(823)는 과전류를 감지한 경우 파이로 퓨즈 제어기(825)에 파이로 퓨즈(827)를 끊으라는 제어 명령을 전송할 수 있다. 또한, 컨택터(828)가 개방되지 않고 닫힌 상태로 유지될 경우, 파이로 퓨즈(827)의 끊김으로 화재나 단락을 방지할 수 있다. 또한, 전기 자동차(10)로부터 충격 감지 신호가 BPCM(81)에 전달되면, BPCM(81)은 고전압 모니터링 IC(823)를 통해 파이로 퓨즈 제어기(825)로 파이로 퓨즈(827)를 끊으라는 제어 명령을 전송할 수 있다. 이때, BPCM(81)와 BDU(82) 간의 신호 송수신은 UART 통신으로 구현될 수 있다.
고전압 모니터링 IC(823)는 컨택터 제어기(826)으로 컨택터(828)의 개방 및 닫힘을 제어하는 제어 명령을 SPI 통신을 통해 전송할 수 있다. 또는 GPIO 포트를 이용해서 고전압 모니터링 IC(823)는 컨택터 제어기(826)에 컨택터(828)를 개방 제어 또는 닫힘 제어하기 위한 신호를 전송할 수 있다. 컨택트 제어기(826)는 컨택터(828)에 흐르는 전류를 감지하고, 감지한 전류를 지시하는 정보를 고전압 모니터링 IC(823)에 GPIO 포트를 통해 전송할 수 있다. 컨택터 제어기(826)는 컨택터(828)에 과전류가 흐르거나 고온이 발생한 것을 감지하여 GPIO 포트를 통해 고전압 모니터링 IC(823)에 이를 알릴 수 있다.
서브 배터리 장치(83, 84)도 BPCM(81)로부터 절연 전력을 공급받고, BDU(82)의 동일한 방식으로 동작할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와같이, 복수의 배터리 팩(910, 920, 930)이 직렬 연결되어 있다. 메인 배터리 팩(910)의 양극과 배터리 시스템(9)의 출력단(P+) 사이에는 메인 양극 컨택터(940)가 연결되어 있고, 서브 배터리 팩(930)의 음극과 배터리 시스템(9)의 출력단(P-) 사이에는 메인 음극 컨택터(950)가 연결되어 있다. 메인 배터리 팩(910)은 예시적으로 4개의 배터리 모듈(911-914)를 포함하고, 파이로 퓨즈(915)는 배터리 모듈(912) 및 배터리 모듈(913) 사이에 연결되어 있다. 예시적으로 배터리 모듈(912)은 두 개의 병렬 연결된 배터리 셀(916) 단위로 복수 개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 서브 배터리 팩(920, 930)도 메인 배터리 팩(910)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 메인 배터리 팩(910)과 서브 배터리 팩(920) 사이, 및 서브 배터리 팩(920)과 서브 배터리 팩(930) 사이에 컨택터가 연결되어 있을 수 있다.
메인 양극 컨택터(940)는 스위칭부(941) 및 스위칭부(941)을 구동하는 코일(942)를 포함할 수 있다. 메인 음극 컨택터(950)는 스위칭부(951) 및 스위칭부(951)을 구동하는 코일(952)를 포함할 수 있다. 메인 양극/음극 컨택터(940, 950)는 컨택터 제어기(826)로부터 공급되는 신호에 의해 코일(942, 952)에 전류가 흐르면 스위칭부(941, 951)가 동작할 수 있다 또한, 메인 양극/음극 컨택터(940, 950) 각각의 양단 전압 또는 흐르는 전류가 컨택터 제어기(826)에 전달될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 BPCM 및 BDU 간의 전력 전달을 나타낸 블록도이다.
도 10에 도시된 일 실시예에서는, BPCM(91)과 BDU(92) 사이가 절연되어 있지 않고, BDU(92) 내에 트랜스포머(922)가 위치하여, DC-DC 컨버터(921)의 출력 전압이 트랜스포머(922)에 의해 변환되어 BDU(92)의 다른 구성에 전원 전압이 공급된다. 앞선 실시예들에서 BDU의 전력 DC-DC 부는 DC-DC 컨버터(921), 트랜스포머(922), 및 전력 회로(923)을 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터(921)는 BPCM(91)로부터 공급되는 전력을 변환하여 출력 전압을 생성하고, DC-DC 컨버터(921)의 출력 전압은 트랜스포머(922)에 입력된다. 트랜스포머(922)는 DC-DC 컨버터(921)의 출력단에 연결되어 있는 1차측과 BDU(92)의 각 구성에 연결되어 있는 2차측을 포함하고, 1차측에 공급된 전압을 2차측에 전달한다. 즉, 트랜스포머(922)는 DC-DC 컨버터(921)의 출력을 BDU(92)의 각 구성의 전원 전압으로 공급할 수 있다.
전력 회로(923), 고전압 모니터링 IC(924), 제어기(925), 파이로 퓨즈 제어기(926), 컨택터 제어기(927), 파이로 퓨즈(928), 및 컨택터(929)는 앞서 도 8을 참조로 한 설명에서의 전력 회로(822), 고전압 모니터링 IC(823), 제어기(825), 파이로 퓨즈 제어기(825), 컨택터 제어기(826), 파이로 퓨즈(827), 및 컨택터(828)와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
서브 배터리 장치(93, 94)도 BDU(92)와 동일하게 내부에 DC-DC 컨버터 및 트랜스포머를 구비하여 BPCM(81)로부터 공급되는 전압을 변환하여 전원 전압을 생성할 수 있다.
하나의 배터리 팩 내 BPCM(Battery Pack Control Module)에서 모든 저전압/고전압 기능들을 처리를 하면 배터리 팩 복잡도 증가 등의 제약이 발생한다. 본 발명은 고전압 관련 기능들을 BDU에 구비함으로써 BPCM의 복잡도를 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩;
    상기 배터리 팩과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하고, 상기 배터리 팩에 흐르는 배터리 팩 전류의 전류를 모니터링 하는 BDU(Battery Disconnect Unit); 및
    상기 배터리 팩의 상태를 나타내는 배터리 상태 정보에 기초하여 상기 배터리 팩의 상태를 진단하고, 상기 진단 결과에 기초하여 필요한 제어 명령을 상기 BDU에 전송하는 BPCM(Battery Pack Control Module)를 포함하고,
    상기 BDU는,
    상기 배터리 팩 전류를 감지한 결과에 기초하여 상기 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 배터리 팩의 배터리 팩 전압을 측정하는 고전압 측정부;
    상기 배터리 팩의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정부; 및
    상기 BDU의 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 전력 DC-DC 부를 포함하는, 포함하는, 배터리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BDU는,
    상기 배터리 팩 전류를 감지하기 위한 션트-타입 전류 센서를 더 포함하는, 배터리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BUD는,
    상기 배터리 팩 전류를 감지하기 위한 홀-타입 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 BPCM은,
    상기 홀-타입 전류 센서로부터 감지된 결과에 기초하여 상기 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함하는, 배터리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 BDU는,
    상기 배터리 팩의 양극 및 음극 각각에 연결되어 있는 메인 양극 컨택터 및 메인 음극 컨택터; 및
    상기 메인 양극 컨택터 및 상기 메인 음극 컨택터의 동작을 제어하는 컨택터 제어기를 더 포함하는, 배터리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 BDU는,
    충격에 의해 상기 배터리 팩과 부하 간의 연결을 차단하는 파이로 퓨즈; 및
    상기 파이로 퓨즈를 제어하기 위한 파이로 퓨즈 제어기를 더 포함하는, 배터리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 BPCM은,
    상기 BDU의 전력 DC-DC 부에 절연 형태로 전력을 공급하는 전력 DC-DC 부를 포함하는, 배터리 장치.
  7. 메인 배터리 팩을 포함하는 메인 배터리 장치; 및
    상기 메인 배터리 팩에 연결되어 있는 서브 배터리 팩을 포함하는 서브 배터리 장치를 포함하고,
    상기 메인 배터리 장치는,
    상기 메인 배터리 팩과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하고, 상기 메인 배터리 팩에 흐르는 배터리 팩 전류의 전류를 모니터링 하는 제1 BDU(Battery Disconnect Unit); 및
    상기 메인 배터리 팩의 상태를 나타내는 배터리 상태 정보에 기초하여 상기 메인 배터리 팩의 상태를 진단하고, 상기 진단 결과에 기초하여 필요한 제어 명령을 상기 BDU에 전송하는 BPCM(Battery Pack Control Module)을 포함하고,
    상기 제1 BDU는,
    상기 배터리 팩 전류를 감지한 결과에 기초하여 상기 배터리 팩 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 메인 배터리 팩의 배터리 팩 전압을 측정하는 제1 고전압 측정부;
    상기 메인 배터리 팩의 절연 저항을 측정하는 제1 절연 저항 측정부; 및
    상기 BDU의 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 제1 전력 DC-DC 부를 포함하는, 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 BPCM은,
    상기 제1 전력 DC-DC 부에 절연 형태로 전력을 공급하는 전력 DC-DC 부를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 서브 배터리 장치는,
    상기 서브 배터리 팩과 연결되어 있는 고전압 동작 소자들을 포함하는 제2 BDU를 포함하고,
    상기 제2 BDU는,
    상기 서브 배터리 팩의 배터리 팩 전압을 측정하는 제2 고전압 측정부;
    상기 서브 배터리 팩의 절연 저항을 측정하는 제2 절연 저항 측정부; 및
    상기 BDU의 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 제2 전력 DC-DC 부를 포함하고,
    상기 BPCM은,
    상기 제2 전력 DC-DC 부에 절연 형태로 전력을 공급하는 전력 DC-DC 부를 포함하는, 배터리 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 BDU는,
    상기 메인 배터리 팩의 양극 및 음극 각각에 연결되어 있는 메인 양극 컨택터 및 메인 음극 컨택터; 및
    상기 메인 양극 컨택터 및 상기 메인 음극 컨택터의 동작을 제어하는 컨택터 제어기를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 절연 전력이 전달되고,
    상기 제1 전력 DC-DC 부는,
    상기 절연 전력으로 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 컨택터 제어기에 전원 전압을 공급하는, 배터리 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 전력이 전달되고,
    상기 제1 전력 DC-DC 부는,
    상기 전달된 전력을 변환하는 DC-DC 컨버터, 및
    상기 DC-DC 컨버터의 출력에 연결된 트랜스포머를 포함하고,
    상기 트랜스포머로부터 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 컨택터 제어기에 전원 전압이 공급되는, 배터리 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 BDU는,
    충격에 의해 상기 메인 배터리 팩과 부하 간의 연결을 차단하는 파이로 퓨즈; 및
    상기 파이로 퓨즈를 제어하기 위한 파이로 퓨즈 제어기를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 절연 전력이 전달되고,
    상기 제1 전력 DC-DC 부는,
    상기 절연 전력으로 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 파이로 퓨즈 제어기에 전원 전압을 공급하는, 배터리 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 BPCM으로부터 상기 제1 전력 DC-DC 부로 전력이 전달되고,
    상기 제1 전력 DC-DC 부는,
    상기 전달된 전력을 변환하는 DC-DC 컨버터, 및
    상기 DC-DC 컨버터의 출력에 연결된 트랜스포머를 포함하고,
    상기 트랜스포머로부터 상기 절연 측정부, 상기 제1 고전압 측정부, 상기 제1 절연 저항 측정부, 및 상기 파이로 퓨즈 제어기에 전원 전압이 공급되는, 배터리 시스템.
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