WO2025023490A1 - 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 운영 방법 - Google Patents

배터리 시스템 및 배터리 시스템의 운영 방법 Download PDF

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이범희
김의성
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Definitions

  • the present invention relates to a battery system and a method of operating the battery system.
  • Secondary batteries are batteries that can be reused by charging even after discharge, and can be used as an energy source for small devices such as mobile phones, tablet PCs, and vacuum cleaners, and are also used as an energy source for medium and large devices such as automobiles and ESS (Energy Storage Systems) for smart grids.
  • ESS Electronicgy Storage Systems
  • Secondary batteries are applied to the system in the form of assemblies such as battery modules in which a number of battery cells are connected in series and parallel, or battery packs in which battery modules are connected in series and parallel, depending on the requirements of the system.
  • assemblies such as battery modules in which a number of battery cells are connected in series and parallel, or battery packs in which battery modules are connected in series and parallel, depending on the requirements of the system.
  • battery packs in which battery modules are connected in series and parallel, depending on the requirements of the system.
  • a high-capacity battery system in which a number of battery packs are connected in parallel can be applied to satisfy the required capacity of the device.
  • the present invention provides a battery system capable of improving the temperature stability of a battery even when an abnormal condition occurs.
  • the present invention provides a method of operating such a battery system.
  • a battery system is a battery system positioned in an electric vehicle, which may include: a main battery; a battery management device that controls power supply by the main battery to be cut off when an abnormality occurs in one or more components included in the electric vehicle; and an auxiliary battery that is provided separately from the main battery and supplies power to one or more components configured in a cooling system for cooling the main battery when the power supply by the main battery is cut off.
  • the auxiliary battery may be configured to supply power to a refrigerant circulation unit that circulates refrigerant within a refrigerant circulation path.
  • the main battery may be configured to supply power to the cooling system
  • the auxiliary battery may be configured to supply power only to the refrigerant circulation unit configured in the cooling system when the power supply by the main battery is cut off.
  • the above cooling system may include a refrigerant circulation path through which refrigerant flows; a heat exchange unit that cools the refrigerant; and a refrigerant circulation pump that causes the refrigerant to circulate within the refrigerant circulation path.
  • the auxiliary battery may be configured to supply power to the refrigerant circulation pump when the power supply by the main battery is cut off.
  • the heat exchange unit may be cut off from the power supply by the main battery.
  • the refrigerant circulation pump may operate through the power supplied by the auxiliary battery, thereby allowing the refrigerant to circulate within the refrigerant circulation path without being cooled by the heat exchange unit.
  • the above auxiliary battery may be a battery exhibiting an output voltage lower than the output voltage of the main battery.
  • the battery management device can switch a main relay arranged on a power supply path on the output side of the main battery from a closed state to an open state, and control one or more components configured in the cooling system to operate through power supplied by the auxiliary battery.
  • the above battery management device can diagnose whether an abnormality occurs in the battery system in the driving mode of the electric vehicle or the charging mode of the main battery, and, if an abnormality is detected, control to cut off the power supply by the main battery and control to allow the power supply by the auxiliary battery.
  • the above battery management device is activated at preset intervals in the parking mode of the electric vehicle or the sleep mode of the battery system to diagnose whether an abnormality has occurred in the battery system, and if an abnormality has been detected, can control the main battery to maintain a power supply cut-off state and allow power supply by the auxiliary battery.
  • the step of controlling to supply power to one or more components configured in the above cooling system may include the step of controlling to supply power to a refrigerant circulation unit, which circulates refrigerant within a refrigerant circulation path.
  • the main battery may be configured to supply power to the cooling system, and the auxiliary battery may be configured to supply power only to the refrigerant circulation unit configured in the cooling system when the power supply by the main battery is cut off.
  • the cooling system may include a refrigerant circulation path through which refrigerant flows; a heat exchange unit that cools the refrigerant; and a refrigerant circulation pump that allows the refrigerant to circulate within the refrigerant circulation path.
  • the step of controlling to supply power to one or more components configured in the cooling system may include a step of controlling the auxiliary battery to supply power to the refrigerant circulation pump.
  • the above auxiliary battery may be a battery exhibiting an output voltage lower than the output voltage of the main battery.
  • the step of diagnosing whether an abnormality has occurred in the battery system may include a step of diagnosing whether an abnormality has occurred in the battery system in the driving mode of the electric vehicle or the charging mode of the main battery.
  • the step of diagnosing whether an abnormality has occurred in the battery system may include a step of diagnosing whether an abnormality has occurred in the battery system by activating at preset intervals in the parking mode of the electric vehicle or the sleep mode of the battery system.
  • the cooling system includes a refrigerant circulation path through which refrigerant flows; a heat exchange unit that cools the refrigerant; and a refrigerant circulation pump that causes the refrigerant to circulate within the refrigerant circulation path, and the auxiliary battery may be configured to directly supply power only to the refrigerant circulation pump of the cooling system when the power supply by the main battery is cut off.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a battery system according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a reference diagram for explaining a cooling system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a flowchart of an operation method of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of an operation method of a battery system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another.
  • first component could be referred to as the second component, and similarly, the second component could also be referred to as the first component.
  • the term "and/or" includes any combination of a plurality of related listed items or any item among a plurality of related listed items.
  • a relay placed on the output side of the battery may be switched to an open state, thereby cutting off the charging and discharging power of the battery.
  • a battery cooling system for temperature stability of a battery operates by receiving power from the battery, but when the battery power supply is cut off by opening the relay, the cooling function of the battery is also cut off.
  • the present invention proposes an appropriate battery protection technique capable of improving the temperature stability of a battery even when a relay placed on the output side of a battery is switched to an open state and the charge/discharge path is blocked due to an abnormal state of the battery system.
  • a battery cell is the smallest unit that stores electricity, and a battery module is a collection of multiple battery cells that are electrically connected.
  • a battery pack or battery rack means a system with a minimum single structure that electrically connects module units set by a battery manufacturer and can be monitored and controlled through a BMS (Battery Management System), and may be configured to include multiple battery modules and one BPU (Battery Protection Unit) or protection device.
  • BMS Battery Management System
  • BPU Battery Protection Unit
  • a battery bank may refer to a large-scale battery rack system group that is configured by connecting multiple battery racks in parallel. Monitoring and control of a rack BMS (RBMS) of a battery rack unit can be performed through a BMS of a battery bank unit.
  • RBMS rack BMS
  • a battery assembly is an assembly that includes a plurality of battery cells that are electrically connected and functions as a power source when applied to a specific system or device.
  • the battery assembly may mean a battery module, a battery pack, a battery rack, or a battery bank, but the scope of the present invention is not limited to these entities.
  • FIG. 1 and FIG. 2 are block diagrams of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the battery system may be configured to include a main battery (110), an auxiliary battery (120), and a battery management device (200).
  • the main battery (110) may be configured to supply power to a power request device (300) located in an electric vehicle.
  • the power request device (300) may include a driving device (310) of the electric vehicle and a cooling system (320).
  • the power request device (300) may include various components for the operation of the electric vehicle in addition to the driving device (310) and the cooling system (320).
  • the cooling system (320) may be configured to include a refrigerant circulation path (321) through which refrigerant flows, a heat exchange unit (322) that cools the refrigerant, and a refrigerant circulation pump (323) that allows the refrigerant to circulate within the refrigerant circulation path (321).
  • the auxiliary battery (120) may be configured to supply power to one or more components configured in the cooling system (320).
  • the auxiliary battery (120) may be configured to supply power to activate at least some functions of the cooling system (320).
  • the auxiliary battery (120) may be configured to supply power to a refrigerant circulation unit that circulates refrigerant within the refrigerant circulation path (321).
  • the main relay (410) is arranged on the power supply path on the output side of the main battery (110) and is configured to electrically connect or disconnect the main battery (110) and the power request device (300).
  • the main relay (410) can be turned on and off by the battery management device (200).
  • the auxiliary relay (420) is arranged on the power supply path on the output side of the auxiliary battery (120) and may be configured to electrically connect or disconnect specific components of the auxiliary battery (120) and the cooling system (320).
  • the auxiliary relay (420) may be turned on and off by the battery management device (200).
  • the auxiliary battery (120) may be configured to be directly connected to a specific component of the cooling system (320), for example, a refrigerant circulation pump (323).
  • the refrigerant circulation pump (323) which is the component connected to the auxiliary battery (120), may be turned on and off by the battery management device (200).
  • the main battery (110) and the auxiliary battery (120) may mean battery cells or battery assemblies.
  • the auxiliary battery (120) may be a battery exhibiting an output voltage lower than the output voltage of the main battery (110).
  • the battery management device (200) may correspond to a battery management system (BMS) located within a battery system, or may be configured to be included in the BMS.
  • BMS battery management system
  • the battery management device (200) can control whether power is supplied to the main battery (110) by controlling the on/off operation of the main relay (410). For example, the battery management device (200) can control the main relay (410) to a closed state so that the stored power of the main battery (110) is supplied to the power request device (300), and control the main relay (410) to an open state so that the power supply by the main battery (110) is cut off.
  • the battery management device (200) can control whether to supply power to the auxiliary battery (120) by controlling the on/off operation of the auxiliary relay (420). For example, the battery management device (200) can control the auxiliary relay (420) to a closed state so that the stored power of the auxiliary battery (120) is supplied to the cooling system (320) or a specific component of the cooling system (320), for example, the refrigerant circulation pump (323), and can control the auxiliary relay (420) to an open state so that the power supply to the cooling system (320) or a specific component of the cooling system (320), for example, the refrigerant circulation pump (323), by the auxiliary battery (120) can be cut off.
  • the battery management device (200) can control the auxiliary relay (420) to a closed state so that the stored power of the auxiliary battery (120) is supplied to the cooling system (320) or a specific component of the cooling system (320), for example, the refrigerant circulation pump (323), and can control the auxiliary relay (420) to an open
  • the battery management device (200) can diagnose whether an abnormality has occurred in the battery system.
  • the battery management device (200) can collect status information of the battery system through one or more sensors, and determine whether a predefined abnormal state has occurred in the battery system based on the collected status information.
  • the battery management device (200) can determine whether an abnormal state such as overheating, high voltage, high current, short circuit, arc, or venting has occurred in the battery system.
  • the battery management device (200) may, in conjunction with a diagnostic unit of the electric vehicle, check for abnormalities in one or more components included in the electric vehicle.
  • the battery management device (200) may be configured to receive information about an abnormal state of an external configuration of a battery system from the diagnostic unit of the electric vehicle.
  • the battery management device (200) can control power supply by the main battery (110) to be cut off when an abnormality occurs in the battery system or the electric vehicle, and control one or more components configured in the cooling system (320) to operate through power supplied by the auxiliary battery (120).
  • the battery management device (200) may switch the main relay (410) from a closed state to an open state and switch the auxiliary relay (420) from an open state to a closed state. Accordingly, the power supply of the main battery (110) to the power request device (300) may be cut off, and at least a part of the functions of the cooling system (320), for example, the refrigerant circulation pump (323), may be activated by the auxiliary battery (120). At this time, since the power supply to the heat exchange unit (322) is cut off, the refrigerant (C) may be circulated in the refrigerant circulation path (321) without being cooled by the heat exchange unit (322).
  • the battery management device (200) can switch the main relay (410) from a closed state to an open state and switch the power supply path to the component so that the component operates through power supplied by the auxiliary battery (120) rather than the main battery (110).
  • FIG. 3 is a reference diagram for explaining a cooling system (320) according to an embodiment of the present invention.
  • the cooling system (320) may be configured to include a refrigerant circulation path (321) through which refrigerant (C) circulates.
  • the refrigerant (C) may be cooling water.
  • a cooling plate (P) is configured to be in contact with at least a portion of an outer surface of the main battery (110), and a portion of a coolant circulation path (321) may be accommodated inside the cooling plate (P).
  • coolant (C) may flow inside the cooling plate (P) and absorb heat generated from the main battery (110).
  • the cooling plate (P) may be a heat exchange unit (322).
  • the cooling system (320) can reduce the temperature of the coolant (C) through the heat exchange unit (322).
  • the heat exchange unit (322) can reduce the temperature of the first coolant (C) by allowing the first coolant (C) for cooling the main battery (110) to exchange heat with a second coolant having a lower temperature than the first coolant (C).
  • the refrigerant circulation pump (323) is arranged on the flow path of the refrigerant (C) and can apply a certain pressure to the refrigerant (C) so that the refrigerant (C) is circulated in a specific direction within the refrigerant circulation path (321).
  • the auxiliary battery (120) may be configured to supply power to the refrigerant circulation pump (323) configured in the cooling system (320).
  • the auxiliary battery (120) may be configured to supply power only to the refrigerant circulation pump (323) without supplying power to other components such as the heat exchange unit (322).
  • the auxiliary battery (120) may be a battery having a lower output voltage than the output voltage of the main battery (110).
  • the auxiliary battery (120) may be configured as a 12 V lead-acid battery or a 48 V low-voltage battery for activating only the refrigerant circulation function of the cooling system (320).
  • the battery cooling function when the output of the main battery (110) is cut off due to occurrence of an abnormal condition, the battery cooling function is deactivated, but the coolant circulation function can be activated by the auxiliary battery (120), which is a low-voltage battery. Accordingly, the temperature of the main battery (110) is stabilized for a certain period of time, and occurrence of an additional abnormal condition can be prevented or delayed.
  • Figure 4 is a flowchart of an operation method of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the operating method of a battery system according to an embodiment of the present invention can be performed by a battery management device (200) located in an electric vehicle.
  • the operating method of the battery system according to the embodiment of the present invention can be performed in the driving mode of the electric vehicle or the charging mode of the main battery.
  • the battery management device (200) can diagnose whether an abnormality has occurred in the battery system (S410).
  • the battery management device (200) can collect status information of the battery system through one or more sensors, and determine whether a predefined abnormal state has occurred based on the collected status information.
  • the battery management device (200) can receive abnormal state information on the external configuration of the battery system from the diagnosis unit of the electric vehicle.
  • the battery management device (200) can check whether a predefined abnormal state has occurred (S420), and if the abnormal state has occurred, control the power supply by the main battery (110) to be cut off (S430).
  • the battery management device (200) can cut off the output of the main battery (110) by switching the main relay (410) located on the power supply path on the output side of the main battery (110) from a closed state to an open state.
  • the battery management device (200) can control some functions of the cooling system (320) to be activated through power from the auxiliary battery (120) (S440).
  • the battery management device (200) may control one or more components configured in the cooling system (320) to operate via power supplied by the auxiliary battery (120), thereby activating at least some functions of the cooling system (320).
  • FIG. 5 is a flowchart of an operation method of a battery system according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management device (200) can diagnose whether an abnormality has occurred in the battery system (S510).
  • the battery management device (200) can collect status information of the battery system through one or more sensors, and determine whether a predefined abnormality has occurred based on the collected status information.
  • the battery management device (200) can receive abnormality status information on the external configuration of the battery system from the diagnosis unit of the electric vehicle.
  • the battery management device (200) can check whether a predefined abnormal state has occurred (S520), and if the abnormal state has occurred, control the power supply by the main battery (110) to be cut off (S530).
  • the heat exchange unit (322) of the battery cooling system (320) is configured to operate by receiving power from the main battery (110), the cooling function of the battery can be stopped.
  • the battery management device (200) can control the cooling system (320) to maintain only the refrigerant circulation function through the power of the auxiliary battery (120) (S540).
  • the auxiliary battery (120) may be configured to supply power to a refrigerant circulation unit (e.g., a refrigerant circulation pump (323)) configured in the cooling system (320).
  • a refrigerant circulation unit e.g., a refrigerant circulation pump (323)
  • the refrigerant circulation unit may be operated through the power of the auxiliary battery (120), so that the refrigerant circulation function may be maintained.
  • the refrigerant since the power supply to the heat exchange unit (322) is cut off, the refrigerant may be circulated within the refrigerant circulation path (321) without being cooled by the heat exchange unit (322).
  • the battery cooling function when the output of the main battery (110) is cut off due to occurrence of an abnormal condition, the battery cooling function is deactivated, but the coolant circulation function can be activated by the auxiliary battery (120), which is a low-voltage battery. Accordingly, the temperature of the main battery (110) is stabilized for a certain period of time, and occurrence of an additional abnormal condition can be prevented or delayed.
  • FIG. 6 is a flowchart of an operation method of a battery system according to another embodiment of the present invention.
  • a method of operating a battery system according to another embodiment of the present invention can be performed in a parking mode of an electric vehicle or a sleep mode of the battery system.
  • the battery management device (200) can switch the main relay (410) from a closed state to an open state (S620). Accordingly, the output of the main battery (110) can be cut off.
  • the battery management device (200) is activated at preset intervals to check for any abnormalities in the battery system and electric vehicle (S630).
  • the battery management device can maintain the power supply cut-off state of the main battery (110) (S640). For example, even when the electric vehicle is switched from the parking mode to the driving mode, or the sleep mode of the battery system is released, the battery management device (200) can prevent the main relay (410) from being switched to the closed state and maintain the main relay (410) in the open state.
  • the battery management device (200) can control the refrigerant circulation unit (e.g., refrigerant circulation pump (323)) to operate through the power of the auxiliary battery (120), thereby activating the refrigerant circulation function of the cooling system (320). (S650). Accordingly, even when an abnormal condition occurs, the refrigerant circulation function is activated by the auxiliary battery (120), so that the temperature of the main battery (110) can be stabilized for a certain period of time.
  • the refrigerant circulation unit e.g., refrigerant circulation pump (323)
  • FIG. 7 is a block diagram of a battery management device (200) according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management device (200) may correspond to a battery management system (BMS) located within a battery system, or may be configured to be included in the BMS.
  • BMS battery management system
  • a battery management device (200) may include at least one processor (210), a memory (220) that stores at least one command executed through the processor, and a transceiver device (230) that is connected to a network and performs communication.
  • the at least one command may include a command for diagnosing whether an abnormality has occurred in the battery system; a command for controlling power supply by the main battery (110) to be cut off when an abnormality has been detected; and a command for controlling an auxiliary battery (120) provided separately from the main battery (110) to supply power to one or more components configured in a cooling system (320) for cooling the main battery (110).
  • a command for controlling power supply to one or more components configured in the cooling system (320) may include a command for controlling the auxiliary battery (120) to supply power to a refrigerant circulation unit, for example, a refrigerant circulation pump (323), which circulates refrigerant within a refrigerant circulation path (321).
  • a refrigerant circulation unit for example, a refrigerant circulation pump (323), which circulates refrigerant within a refrigerant circulation path (321).
  • the main battery (110) is configured to supply power to the cooling system (320), and the auxiliary battery (120) may be configured to supply power only to a refrigerant circulation unit, for example, a refrigerant circulation pump (323), configured in the cooling system (320) when the power supply by the main battery (110) is cut off.
  • a refrigerant circulation unit for example, a refrigerant circulation pump (323)
  • the cooling system (320) may include a refrigerant circulation path (321) through which refrigerant flows; a heat exchange unit (322) that cools the refrigerant; and a refrigerant circulation pump (323) that allows the refrigerant to circulate within the refrigerant circulation path.
  • a command for controlling power supply to one or more components configured in the cooling system (320) may include a command for controlling the auxiliary battery (120) to supply power to the refrigerant circulation pump (323).
  • the command for controlling the power supply by the main battery (110) to be cut off may include a command for controlling the power supply of the main battery (110) to the heat exchange unit (322) to be cut off.
  • the command for controlling the auxiliary battery (120) to supply power to the refrigerant circulation pump (323) may include a command for causing the refrigerant circulation pump (323) to operate through the power supplied by the auxiliary battery (120) so that the refrigerant is circulated within the refrigerant circulation path (321) without being cooled by the heat exchange unit (322).
  • the command for controlling the power supply by the main battery (110) to be cut off may include a command for switching the main relay (410) arranged on the power supply path on the output side of the main battery (110) from a closed state to an open state.
  • the command for controlling the power supply to one or more components of the cooling system (320) may include a command for controlling the one or more components to operate through power supplied by the auxiliary battery (120).
  • the command for diagnosing whether an abnormality has occurred in the above battery system may include a command for diagnosing whether an abnormality has occurred in the battery system in the driving mode of the electric vehicle or the charging mode of the main battery (110).
  • the command for diagnosing whether an abnormality has occurred in the above battery system may include a command that is activated at preset intervals in the parking mode of the electric vehicle or the sleep mode of the battery system to diagnose whether an abnormality has occurred in the battery system.
  • the battery management device (200) may also further include an input interface device (240), an output interface device (250), a storage device (260), etc. Each component included in the battery management device (200) may be connected by a bus (270) and communicate with each other.
  • the processor (210) may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed.
  • the memory (or storage device) may be composed of at least one of a volatile storage medium and a nonvolatile storage medium.
  • the memory may be composed of at least one of a read-only memory (ROM) and a random access memory (RAM).
  • the operation of the method according to an embodiment of the present invention can be implemented as a computer-readable program or code on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system.
  • the computer-readable recording medium can be distributed over network-connected computer systems so that the computer-readable program or code can be stored and executed in a distributed manner.
  • a block or device corresponds to a method step or a feature of a method step.
  • aspects described in the context of a method may also be represented as a feature of a corresponding block or item or a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device, such as, for example, a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, one or more of the most significant method steps may be performed by such a device.

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Abstract

본 발명의 배터리 시스템은, 전기자동차 내에 위치하는 배터리 시스템으로서, 메인 배터리; 상기 전기자동차에 포함되는 하나 이상의 부품에 이상 발생시, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는, 배터리 관리 장치; 및 상기 메인 배터리와 별도로 마련되며, 상기 메인 배터리의 냉각을 위한 냉각 시스템에 구성된 하나 이상에 부품에 전력을 공급하는, 보조 배터리를 포함할 수 있다.

Description

배터리 시스템 및 배터리 시스템의 운영 방법
본 출원은 2023년 7월 27일자로 한국 특허청에 출원되었으며 여기에 인용하는 것에 의해 그 내용이 전체적으로 본 출원에 포함되는 한국 특허 출원 제10-2023-0098137호에 기초하며, 그 우선권을 주장한다.
본 발명은 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 운영 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 방전 이후에도 충전을 통해 재사용이 가능한 전지로, 휴대용 전화기, 태블릿 PC, 청소기 등 소형 디바이스의 에너지원으로 활용될 수 있으며, 자동차, 스마트 그리드용 ESS(Energy Storage System) 등 중대형 디바이스의 에너지원으로서도 활용되고 있다.
이차 전지는 시스템의 요구 조건에 따라 다수의 배터리 셀들이 직병렬로 연결된 배터리 모듈, 또는 배터리 모듈들이 직병렬로 연결된 배터리 팩 등의 어셈블리 형태로 시스템에 적용된다. 전기자동차 등 중대형 디바이스의 경우, 해당 디바이스의 요구 용량을 만족시키기 위하여, 다수의 배터리 팩이 병렬로 연결된 고용량의 배터리 시스템이 적용될 수 있다.
이같이 고용량의 배터리 시스템을 탑재하고 있는 전기자동차에서 배터리의 이상 고온 현상 등 각종 이상 상황에서도 배터리 시스템의 안정성을 확보하고자 하는 노력이 계속되고 있다 (한국공개특허 제2020-0006404호를 참조한다).
본 발명에서는 이상 상태 발생시에도 배터리의 온도 안정성을 향상시킬 수 있는 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명에서는, 이러한 배터리 시스템의 운영 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 전기자동차 내에 위치하는 배터리 시스템으로서, 메인 배터리; 상기 전기자동차에 포함되는 하나 이상의 부품에 이상 발생시, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는, 배터리 관리 장치; 및 상기 메인 배터리와 별도로 마련되며, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 메인 배터리의 냉각을 위한 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품에 전력을 공급하는, 보조 배터리를 포함할 수 있다.
상기 보조 배터리는, 냉매 순환 유로 내에서 냉매를 순환시키는, 냉매 순환 유닛에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 메인 배터리는, 상기 냉각 시스템에 전력을 공급하도록 구성되고, 상기 보조 배터리는, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉각 시스템에 구성된 냉매 순환 유닛에만 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 냉각 시스템은, 내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로; 상기 냉매를 냉각시키는 열교환 유닛; 및 상기 냉매가 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 보조 배터리는, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
하나 이상의 부품에 이상 발생시, 상기 열교환 유닛은, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단될 수 있다. 여기에서, 상기 냉매 순환 펌프는, 상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하여, 상기 냉매가 상기 열교환 유닛에 의해 냉각되지 않은 상태로 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 할 수 있다.
상기 보조 배터리는, 상기 메인 배터리의 출력 전압보다 낮은 출력 전압을 나타내는 배터리일 수 있다.
하나 이상의 부품에 이상 발생시, 상기 배터리 관리 장치는, 상기 메인 배터리의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치된 메인 릴레이를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시키고, 상기 냉각 시스템에 구성된 하나 이상에 부품이 상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 전기자동차의 운행 모드, 또는 상기 메인 배터리의 충전 모드에서, 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하고, 이상 발생이 감지되면, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하고, 상기 보조 배터리에 의한 전력 공급이 허용되도록 제어할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 전기자동차의 주차 모드, 또는 상기 배터리 시스템의 슬립 모드에서, 기정의된 시간마다 활성화되어 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하고, 이상 발생이 감지되면, 상기 메인 배터리의 전력 공급 차단 상태가 유지되도록 하고, 상기 보조 배터리에 의한 전력 공급이 허용되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법은, 전기자동차 내에 위치하는 배터리 관리 장치에 의한, 배터리 시스템의 운영 방법으로서, 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계; 이상 발생이 감지되면, 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계; 및 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 메인 배터리와 별도로 마련되는 보조 배터리가, 상기 메인 배터리의 냉각을 위한 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는, 상기 보조 배터리가, 냉매 순환 유로 내에서 냉매를 순환시키는, 냉매 순환 유닛에 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 메인 배터리는, 상기 냉각 시스템에 전력을 공급하도록 구성되고, 상기 보조 배터리는, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉각 시스템에 구성된 냉매 순환 유닛에만 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 냉각 시스템은, 내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로; 상기 냉매를 냉각시키는 열교환 유닛; 및 상기 냉매가 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 냉각 시스템에 구성된 하나 이상에 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는, 상기 보조 배터리가, 상기 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계는, 상기 열교환 유닛에 대한 상기 메인 배터리의 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 보조 배터리가, 상기 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는, 상기 냉매 순환 펌프가 상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하여, 상기 냉매가 상기 열교환 유닛에 의해 냉각되지 않은 상태로 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보조 배터리는, 상기 메인 배터리의 출력 전압보다 낮은 출력 전압을 나타내는 배터리일 수 있다.
상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계는, 상기 메인 배터리의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치된 메인 릴레이를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 하나 이상에 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는, 상기 하나 이상에 부품이 상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계는, 상기 전기자동차의 운행 모드, 또는 상기 메인 배터리의 충전 모드에서, 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계는, 상기 전기자동차의 주차 모드, 또는 상기 배터리 시스템의 슬립 모드에서, 기정의된 시간마다 활성화되어 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 시스템은, 전기자동차 내에 위치하는 배터리 시스템으로서, 상기 전기 자동차에 전력을 공급하는 메인 배터리; 상기 전기자동차에 포함되는 하나 이상의 부품에 이상 발생시, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는, 배터리 관리 장치; 및 상기 메인 배터리와 별도로 마련되며, 상기 메인 배터리에 의한 전력공급이 차단되는 경우, 상기 메인 배터리의 냉각을 위한 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품중에 특정 부품에만 직접 전력을 공급하고 냉각 시스템의 나머지 부품에는 전력을 공급하지 않도록 고안된, 보조 배터리를 포함할 수 있다.
상기 냉각 시스템은 내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로; 상기 냉매를 냉각시키는 열교환 유닛; 및 상기 냉매가 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프를 포함하고, 상기 보조 배터리는 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉각 시스템의 상기 냉매 순환 펌프에만 전력을 직접 공급하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 시스템의 이상 상태 발생에 의해 메인 배터리의 출력이 차단되는 경우에도, 보조 배터리에 의해 냉각 시스템의 적어도 일부 기능이 활성화되어, 배터리의 온도 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법의 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법의 동작 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법의 동작 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 블록 구성도이다.
첨부된 도면의 일부에서, 대응하는 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여한다. 당업자는 본 도면이 요소들을 단순하고 명확하게 도시하고 있으며, 반드시 척도에 맞춰 그려지지 않았다는 점을 이해한다. 예를 들어, 다양한 실시예에 대한 이해를 돕기 위해, 도면에 도시된 일부 요소들의 치수는 다른 요소들에 비해 과장되어 표시될 수 있다. 또한, 상업적으로 실시 가능한 실시예에서 유용 내지 필수적인 공지 기술의 요소들은 본 발명의 다양한 실시예의 취지를 방해하지 않도록 종종 묘사되지 않을 수 있다.
110: 메인 배터리
120: 보조 배터리
200: 배터리 관리장치
300: 전력 요구 장치
310; 구동 장치
320: 냉각 시스템
321: 냉매 순환 유로
322: 열교환 유닛
323: 냉매 순환 펌프
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
전기자동차의 운행 중, 또는 배터리의 충전 중, 배터리 시스템에 기정의된 이상 상태가 감지되는 경우, 배터리의 출력 측에 배치된 릴레이가 오픈 상태로 전환되어, 배터리의 충방전 전력이 차단될 수 있다. 일반적으로, 배터리의 온도 안정성을 위한 배터리 냉각 시스템은 배터리로부터 전력을 공급받아 동작하나, 릴레이의 오픈에 의해 배터리 전력 공급이 차단되면, 배터리의 냉각 기능 역시 중단되게 된다.
본 발명에서는 배터리 시스템의 이상 상태 발생에 의해 배터리의 출력 측에 배치된 릴레이가 오픈 상태로 전환되어 충방전 경로가 차단된 상태에서도, 배터리의 온도 안정성을 향상시킬 수 있는, 적절한 배터리 보호 기술을 제안한다.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
배터리 셀은 전력을 저장하는 역할을 수행하는 최소 단위이며, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들이 전기적으로 연결된 집합체를 의미한다.
배터리 팩 또는 배터리 랙은, 배터리 제조사에서 설정한 모듈 단위를 전기적으로 연결하여 BMS(Battery Management System)를 통해 모니터링과 제어가 가능한 최소 단일 구조의 시스템을 의미하며, 여러 개의 배터리 모듈과 1개의 BPU(Battery Protection Unit) 또는 보호장치를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 뱅크(Bank)는, 복수의 배터리 랙들을 병렬 연결하여 구성되는 큰 규모의 배터리 랙 시스템의 집합 군을 의미할 수 있다. 배터리 뱅크 단위의 BMS를 통해 배터리 랙 단위의 랙 BMS(RBMS)에 대한 모니터링과 제어를 수행할 수 있다.
배터리 어셈블리는, 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성되며, 특정 시스템 또는 장치에 적용되어 전력 공급원으로 기능하는 집합체를 의미한다. 여기서, 배터리 어셈블리는 배터리 모듈, 배터리 팩, 배터리 랙 또는 배터리 뱅크 등을 의미할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템은, 메인 배터리(110), 보조 배터리(120), 및 배터리 관리 장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
메인 배터리(110)는, 전기자동차 내에 위치하는 전력 요구 장치(300)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 전력 요구 장치(300)는, 전기자동차의 구동 장치(310), 및 냉각 시스템(320)을 포함할 수 있다. 또한, 전력 요구 장치(300)는, 구동 장치(310) 및 냉각 시스템(320) 이외, 전기자동차의 동작을 위한 다양한 부품들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템(320)은, 내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로(321), 냉매를 냉각시키는 열교환 유닛(322), 및 냉매가 냉매 순환 유로(321) 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프(323)을 포함하여 구성될 수 있다.
보조 배터리(120)는, 냉각 시스템(320)에 구성된 하나 이상의 부품에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 보조 배터리(120)는, 냉각 시스템(320)의 적어도 일부 기능을 활성화하기 위한 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 보조 배터리(120)는, 냉매 순환 유로(321) 내에서 냉매를 순환시키는, 냉매 순환 유닛에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
메인 릴레이(410)는, 메인 배터리(110)의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치되며, 메인 배터리(110)와 전력 요구 장치(300)를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성된다. 여기에서, 메인 릴레이(410)는, 배터리 관리 장치(200)에 의해 온오프 제어될 수 있다.
보조 릴레이(420)는, 보조 배터리(120)의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치되며, 보조 배터리(120)와 냉각 시스템(320)의 특정 부품을 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 보조 릴레이(420)는, 배터리 관리 장치(200)에 의해 온오프 제어될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 보조 배터리(120)는 냉각 시스템(320)의 특정 부품, 예를 들면, 냉매 순환 펌프(323)과 직접 연결되도록 구성될 수 있다. 여기에서, 보조 배터리(120)와 연결되는 해당 부품인 냉매 순환 펌프(323)는, 배터리 관리 장치(200)에 의해 온오프 제어될 수 있다.
본 발명에서 메인 배터리(110) 및 보조 배터리(120)는, 배터리 셀 또는 배터리 어셈블리를 의미할 수 있다.
일 실시예에 따라 보조 배터리(120)는, 메인 배터리(110)의 출력 전압보다 낮은 출력 전압을 나타내는 배터리일 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템 내에 위치하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)에 해당하거나, 또는 BMS에 포함되어 구성될 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 메인 릴레이(410)의 온오프 동작을 제어하여, 메인 배터리(110)의 전력 공급 여부를 제어할 수 있다. 예를 들면, 배터리 관리 장치(200)는, 메인 릴레이(410)를 클로즈 상태로 제어하여 메인 배터리(110)의 저장 전력이 전력 요구 장치(300)로 공급되도록 하고, 메인 릴레이(410)를 오픈 상태로 제어하여, 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급을 차단할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 보조 릴레이(420)의 온오프 동작을 제어하여, 보조 배터리(120)의 전력 공급 여부를 제어할 수 있다. 예를 들면, 배터리 관리 장치(200)는, 보조 릴레이(420)를 클로즈 상태로 제어하여 보조 배터리(120)의 저장 전력이 냉각 시스템(320) 또는 냉각 시스템(320)의 특정 부품, 예를 들면, 냉매 순환 펌프(323)에 공급되도록 하고, 보조 릴레이(420)를 오픈 상태로 제어하여, 보조 배터리(120)에 의한 냉각 시스템(320) 또는 냉각 시스템(320)의 특정 부품, 예를 들면, 냉매 순환 펌프(323)에 대한 전력 공급을 차단할 수 있다.
일 실시예에 따라 배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템의 이상 발생 여부를 진단할 수 있다. 여기에서, 배터리 관리 장치(200)는, 하나 이상의 센서를 통해 배터리 시스템의 상태 정보를 수집하고, 수집된 상태 정보를 기초로 배터리 시스템에 기정의된 이상 상태가 발생되었는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템에서 과열, 고전압, 고전류, 단락, 아크, 벤팅 등의 이상 상태가 발생되었는지 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라 배터리 관리 장치(200)는, 전기자동차의 진단 유닛과 연동하여, 전기자동차에 포함되는 하나 이상의 부품에 대한 이상 여부를 확인할 수 있다. 예를 들면, 배터리 관리 장치(200)는, 전기자동차의 진단 유닛으로부터 배터리 시스템의 외부 구성에 대한 이상 상태에 관한 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템, 또는 전기자동차에 이상 발생시, 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하고, 냉각 시스템(320)에 구성된 하나 이상에 부품이 보조 배터리(120)에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템에 기정의된 이상 상태가 감지되는 경우, 메인 릴레이(410)를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시키고, 보조 릴레이(420)를 오픈 상태에서 클로즈 상태로 전환시킬 수 있다. 이에 따라, 전력 요구 장치(300)에 대한 메인 배터리(110)의 전력 공급은 차단되고, 보조 배터리(120)에 의해 냉각 시스템(320)의 적어도 일부 기능, 예를 들면, 냉매 순환 펌프(323)만 활성화될 수 있다. 이 때, 열교환 유닛(322)은 전력 공급이 차단된 상태이므로, 냉매(C)는 열교환 유닛(322)에 의해 냉각되지 않은 상태로 냉매 순환 유로(321) 내에서 순환될 수 있다.
한편, 보조 배터리(120)가 냉각 시스템(320)의 특정 부품, 예를 들면, 냉매 순환 펌프(323)과 직접 연결되어 구성되는 경우, 배터리 관리 장치(200)는, 메인 릴레이(410)를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시키고, 해당 부품에 대한 전력 공급 경로를 전환하여 해당 부품이 메인 배터리(110)가 아닌 보조 배터리(120)에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템(320)을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3을 참조하면, 냉각 시스템(320)은, 냉매(C)가 순환되는 냉매 순환 유로(321)를 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 냉매(C)는 냉각수일 수 있다.
메인 배터리(110)의 외면 중 적어도 일부 영역에 냉각 플레이트(P)가 접촉되어 구성되고, 냉매 순환 유로(321)의 일부 영역이 냉각 플레이트(P)의 내부에 수용될 수 있다. 여기에서, 냉매(C)가 냉각 플레이트(P)의 내부에서 유동하며, 메인 배터리(110)로부터 발생되는 열을 흡수할 수 있다. 일 실시예에 따라, 냉각 플레이트(P)는 열교환 유닛(322)일 수 있다.
냉각 시스템(320)은, 열교환 유닛(322)을 통해 냉매(C)의 온도를 감소시킬 수 있다. 여기에서, 열교환 유닛(322)은, 메인 배터리(110)의 냉각을 위한 제1 냉매(C)가, 제1 냉매(C)보다 더 낮은 온도의 제2 냉매와 열교환되도록 하여, 제1 냉매(C)의 온도를 감소시킬 수 있다.
냉매 순환 펌프(323)는, 냉매(C)의 유동 경로 상에 배치되고, 냉매(C)가 냉매 순환 유로(321) 내에서 특정 방향으로 순환되도록 냉매(C)에 일정 압력을 가할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 보조 배터리(120)는, 냉각 시스템(320)에 구성된 냉매 순환 펌프(323)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 보조 배터리(120)는, 열교환 유닛(322) 등 다른 구성에는 전력을 공급하지 않고, 냉매 순환 펌프(323)에만 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
보조 배터리(120)는, 메인 배터리(110)의 출력 전압보다 낮은 출력 전압을 나타내는 배터리일 수 있다. 예를 들어, 보조 배터리(120)는, 냉각 시스템(320)의 냉매 순환 기능만을 활성화하기 위한, 12V의 납축 배터리, 또는 48V의 저전압 배터리로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이상 상태 발생에 의해 메인 배터리(110)의 출력이 차단되는 경우, 배터리 냉각 기능은 비활성화되지만, 저전압 배터리인 보조 배터리(120)에 의해 냉매 순환 기능은 활성화될 수 있다. 이에 따라, 메인 배터리(110)의 온도가 일정 기간 동안 안정화되며, 추가적인 이상 상태의 발생을 방지하거나 지연시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법의 동작 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법은, 전기자동차 내에 위치하는 배터리 관리 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법은, 전기자동차의 운행 모드, 또는 메인 배터리의 충전 모드 상태에서 수행될 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단할 수 있다(S410). 여기에서, 배터리 관리 장치(200)는, 하나 이상의 센서를 통해 배터리 시스템의 상태 정보를 수집하고, 수집된 상태 정보를 기초로 기정의된 이상 상태가 발생되었는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는, 전기자동차의 진단 유닛으로부터 배터리 시스템의 외부 구성에 대한 이상 상태 정보를 수신할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 기정의된 이상 상태가 발생되었는지 여부를 확인(S420)하고, 해당 이상 상태가 발생된 경우, 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어할 수 있다(S430). 여기에서, 배터리 관리 장치(200)는, 메인 배터리(110)의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치된 메인 릴레이(410)를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환하여, 메인 배터리(110)의 출력을 차단할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 보조 배터리(120)의 전력을 통해 냉각 시스템(320)의 일부 기능이 활성화되도록 제어할 수 있다(S440).
예를 들면, 배터리 관리 장치(200)는, 냉각 시스템(320)에 구성된 하나 이상의 부품이 보조 배터리(120)에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 제어하여, 냉각 시스템(320)의 적어도 일부 기능을 활성화시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법의 동작 순서도이다.
배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단할 수 있다(S510). 여기에서, 배터리 관리 장치(200)는, 하나 이상의 센서를 통해 배터리 시스템의 상태 정보를 수집하고, 수집된 상태 정보를 기초로 기정의된 이상 상태가 발생되었는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는, 전기자동차의 진단 유닛으로부터 배터리 시스템의 외부 구성에 대한 이상 상태 정보를 수신할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 기정의된 이상 상태가 발생되었는지 여부를 확인(S520)하고, 해당 이상 상태가 발생된 경우, 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어할 수 있다(S530). 여기에서, 배터리 냉각 시스템(320)의 열교환 유닛(322)은 메인 배터리(110)에 의해 전력을 공급받아 동작하도록 구성됨에 따라, 배터리의 냉각 기능은 정지될 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 보조 배터리(120)의 전력을 통해 냉각 시스템(320)의 냉매 순환 기능만 유지되도록 제어할 수 있다(S540).
예를 들면, 보조 배터리(120)는, 냉각 시스템(320)에 구성된 냉매 순환 유닛(예를 들어, 냉매 순환 펌프(323))에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 이상 상태가 발생됨에 따라 메인 배터리(110)의 출력이 차단되는 경우에도, 냉매 순환 유닛이 보조 배터리(120)의 전력을 통해 동작되어, 냉매 순환 기능이 유지될 수 있다. 이 때, 열교환 유닛(322)은 전력 공급이 차단된 상태이므로, 냉매는 열교환 유닛(322)에 의해 냉각되지 않은 상태로 냉매 순환 유로(321) 내에서 순환될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이상 상태 발생에 의해 메인 배터리(110)의 출력이 차단되는 경우, 배터리 냉각 기능은 비활성화되지만, 저전압 배터리인 보조 배터리(120)에 의해 냉매 순환 기능은 활성화될 수 있다. 이에 따라, 메인 배터리(110)의 온도가 일정 기간 동안 안정화되며, 추가적인 이상 상태의 발생을 방지하거나 지연시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법의 동작 순서도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 운영 방법은, 전기자동차의 주차 모드, 또는 배터리 시스템의 슬립 모드 상태에서 수행될 수 있다.
전기자동차가 주차 모드로 전환되거나, 또는 배터리 시스템이 슬립 모드로 전환(S610)되면, 배터리 관리 장치(200)는, 메인 릴레이(410)를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시킬 수 있다(S620). 이에 따라, 메인 배터리(110)의 출력은 차단될 수 있다.
이후, 배터리 관리 장치(200)는, 기정의된 시간마다 활성화되어 배터리 시스템, 및 전기자동차의 이상 발생 여부를 확인할 수 있다(S630).
기정의된 이상 상태가 발생된 경우, 배터리 관리 장치는, 메인 배터리(110)의 전력 공급 차단 상태를 유지할 수 있다(S640). 예를 들어, 전기자동차가 주차 모드에서 운행 모드로 전환되거나, 또는 배터리 시스템의 슬립 모드가 해제되더라도, 배터리 관리 장치(200)는, 메인 릴레이(410)가 클로즈 상태로 전환되지 않도록 하며, 메인 릴레이(410)를 오픈 상태로 유지할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(200)는, 냉매 순환 유닛(예를 들어, 냉매 순환 펌프(323))가 보조 배터리(120)의 전력을 통해 동작하도록 제어하여, 냉각 시스템(320)의 냉매 순환 기능을 활성화할 수 있다. (S650). 이에 따라, 이상 상태 발생시에도 보조 배터리(120)에 의해 냉매 순환 기능이 활성화되어, 메인 배터리(110)의 온도가 일정 기간 동안 안정화될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)의 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)는, 배터리 시스템 내에 위치하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)에 해당하거나, 또는 BMS에 포함되어 구성될 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는, 적어도 하나의 프로세서(210), 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 명령; 이상 발생이 감지되면, 상기 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 명령; 및 상기 메인 배터리(110)와 별도로 마련되는 보조 배터리(120)가, 상기 메인 배터리(110)의 냉각을 위한 냉각 시스템(320)에 구성된 하나 이상에 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 냉각 시스템(320)에 구성된 하나 이상에 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 명령은, 상기 보조 배터리(120)가, 냉매 순환 유로(321) 내에서 냉매를 순환시키는, 냉매 순환 유닛, 예를 들면 냉매 순환 펌프(323)에 전력을 공급하도록 제어하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 메인 배터리(110)는, 상기 냉각 시스템(320)에 전력을 공급하도록 구성되고, 상기 보조 배터리(120)는, 상기 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉각 시스템(320)에 구성된 냉매 순환 유닛, 예를 들면 냉매 순환 펌프(323)에만 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 냉각 시스템(320)은, 내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로(321); 상기 냉매를 냉각시키는 열교환 유닛(322); 및 상기 냉매가 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프(323)를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 냉각 시스템(320)에 구성된 하나 이상에 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 명령은, 상기 보조 배터리(120)가, 상기 냉매 순환 펌프(323)에 전력을 공급하도록 제어하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 명령은, 상기 열교환 유닛(322)에 대한 상기 메인 배터리(110)의 전력 공급이 차단되도록 제어하는 명령을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 보조 배터리(120)가, 상기 냉매 순환 펌프(323)에 전력을 공급하도록 제어하는 명령은, 상기 냉매 순환 펌프(323)가 상기 보조 배터리(120)에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하여, 상기 냉매가 상기 열교환 유닛(322)에 의해 냉각되지 않은 상태로 상기 냉매 순환 유로(321) 내에서 순환되도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 메인 배터리(110)에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 명령은, 상기 메인 배터리(110)의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치된 메인 릴레이(410)를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시키는 명령을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 냉각 시스템(320)의 하나 이상의 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 명령은, 상기 하나 이상의 부품이 상기 보조 배터리(120)에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 제어하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 명령은, 상기 전기자동차의 운행 모드, 또는 상기 메인 배터리(110)의 충전 모드에서, 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 명령은, 상기 전기자동차의 주차 모드, 또는 상기 배터리 시스템의 슬립 모드에서, 기정의된 시간마다 활성화되어 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 명령을 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 또한, 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 프로세서(210)는 중앙처리장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(또는 저장 장치)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 전기자동차 내에 위치하는 배터리 시스템으로서,
    메인 배터리;
    상기 전기자동차에 포함되는 하나 이상의 부품에 이상 발생시, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는, 배터리 관리 장치; 및
    상기 메인 배터리와 별도로 마련되며, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 메인 배터리의 냉각을 위한 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품에 전력을 공급하는, 보조 배터리를 포함하는, 배터리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 배터리는,
    냉매 순환 유로 내에서 냉매를 순환시키는, 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 구성되는, 배터리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 메인 배터리는,
    상기 냉각 시스템에 전력을 공급하도록 구성되고,
    상기 보조 배터리는,
    상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉각 시스템에 구성된 냉매 순환 펌프에만 전력을 공급하도록 구성되는, 배터리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 시스템은,
    내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로; 상기 냉매를 냉각시키는 칠러; 및 상기 냉매가 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프를 포함하고,
    상기 보조 배터리는,
    상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 구성되는, 배터리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    하나 이상의 부품에 이상 발생시,
    상기 칠러는,
    상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되고,
    상기 냉매 순환 펌프는,
    상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하여, 상기 냉매가 상기 칠러에 의해 냉각되지 않은 상태로 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는, 배터리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 배터리는,
    상기 메인 배터리의 출력 전압보다 낮은 출력 전압을 나타내는 배터리인, 배터리 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    하나 이상의 부품에 이상 발생시,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 메인 배터리의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치된 메인 릴레이를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시키고,
    상기 냉각 시스템에 구성된 하나 이상에 부품이 상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 제어하는, 배터리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 전기자동차의 운행 모드, 또는 상기 메인 배터리의 충전 모드에서, 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하고, 이상 발생이 감지되면, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하고, 상기 보조 배터리에 의한 전력 공급이 허용되도록 제어하는, 배터리 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 전기자동차의 주차 모드, 또는 상기 배터리 시스템의 슬립 모드에서, 기정의된 시간마다 활성화되어 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하고, 이상 발생이 감지되면, 상기 메인 배터리의 전력 공급 차단 상태가 유지되도록 하고, 상기 보조 배터리에 의한 전력 공급이 허용되도록 제어하는, 배터리 시스템.
  10. 전기자동차 내에 위치하는 배터리 관리 장치에 의한, 배터리 시스템의 운영 방법으로서,
    상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계;
    이상 발생이 감지되면, 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계; 및
    상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 메인 배터리와 별도로 마련되는 보조 배터리가, 상기 메인 배터리의 냉각을 위한 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는,
    상기 보조 배터리가, 냉매 순환 유로 내에서 냉매를 순환시키는, 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 메인 배터리는,
    상기 냉각 시스템에 전력을 공급하도록 구성되고,
    상기 보조 배터리는,
    상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉각 시스템에 구성된 냉매 순환 펌프에만 전력을 공급하도록 구성되는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 냉각 시스템은,
    내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로; 상기 냉매를 냉각시키는 칠러; 및 상기 냉매가 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프를 포함하고,
    상기 냉각 시스템에 구성된 하나 이상에 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는,
    상기 보조 배터리가, 상기 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계는,
    상기 칠러에 대한 상기 메인 배터리의 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 보조 배터리가, 상기 냉매 순환 펌프에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는,
    상기 냉매 순환 펌프가 상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하여, 상기 냉매가 상기 칠러에 의해 냉각되지 않은 상태로 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 보조 배터리는,
    상기 메인 배터리의 출력 전압보다 낮은 출력 전압을 나타내는 배터리인, 배터리 시스템의 운영 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는 단계는,
    상기 메인 배터리의 출력 측 전력 공급 경로 상에 배치된 메인 릴레이를 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환시키는 단계를 포함하고,
    상기 하나 이상에 부품에 전력을 공급하도록 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상에 부품이 상기 보조 배터리에 의해 공급되는 전력을 통해 동작하도록 제어하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계는,
    상기 전기자동차의 운행 모드, 또는 상기 메인 배터리의 충전 모드에서, 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계는,
    상기 전기자동차의 주차 모드, 또는 상기 배터리 시스템의 슬립 모드에서, 기정의된 시간마다 활성화되어 상기 배터리 시스템에 대한 이상 발생 여부를 진단하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 운영 방법.
  19. 전기자동차 내에 위치하는 배터리 시스템으로서,
    상기 전기 자동차에 전력을 공급하는 메인 배터리;
    상기 전기자동차에 포함되는 하나 이상의 부품에 이상 발생시, 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되도록 제어하는, 배터리 관리 장치; 및
    상기 메인 배터리와 별도로 마련되며, 상기 메인 베터리에 의한 전력공급이 차단되는 경우, 상기 메인 배터리의 냉각을 위한 냉각 시스템에 구성된 하나 이상의 부품중에 특정 부품에만 직접 전력을 공급하고 냉각 시스템의 나머지 부품에는 전력을 공급하지 않도록 고안된, 보조 배터리를 포함하는, 배터리 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 내부에 냉매가 유동하는 냉매 순환 유로; 상기 냉매를 냉각시키는 칠러; 및 상기 냉매가 상기 냉매 순환 유로 내에서 순환되도록 하는 냉매 순환 펌프를 포함하고,
    상기 보조 배터리는 상기 메인 배터리에 의한 전력 공급이 차단되는 경우, 상기 냉각 시스템의 상기 냉매 순환 펌프에만 전력을 직접 공급하도록 구성되는, 배터리 시스템.
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