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KR-102961635-B1 - METHOD OF PREVENTING MELT BONDING AND BATTERY SYSTEM WHERE THE METHOD IS APPLIED

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Abstract

배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리; 상기 배터리의 일극과 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 제1 메인 릴레이; 상기 제1 메인 릴레이에 대해서 병렬 연결되어 있는 프리챠지 릴레이; 상기 배터리의 타극과 제2 출력단 사이에 연결되어 있는 제2 메인 릴레이; 및 상기 배터리의 충방전을 제어하고, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 프리챠지 릴레이, 및 상기 제2 메인 릴레이를 제어하는 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 프리챠지 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이, 및 상기 배터리 관리 시스템은 외부의 납축 전지로부터 전원 전압을 공급받으며, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 전원 전압이 소정의 기준 전압 이하일 때, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 프리챠지 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이를 개방하고, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이상일 때, 상기 프리챠지 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이를 닫아 프리챠지를 진행하며, 상기 프리챠지가 완료된 후 상기 제1 메인 릴레이를 닫는다.

Inventors

  • 김기훈

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200619

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리; 상기 배터리의 일극과 제1 출력단 사이에 연결되어 있는 제1 메인 릴레이; 상기 제1 메인 릴레이에 대해서 병렬 연결되어 있는 프리챠지 릴레이; 상기 배터리의 타극과 제2 출력단 사이에 연결되어 있는 제2 메인 릴레이; 및 상기 배터리의 충방전을 제어하고, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 프리챠지 릴레이, 및 상기 제2 메인 릴레이를 제어하는 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 프리챠지 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이, 및 상기 배터리 관리 시스템은 외부의 납축 전지로부터 전원 전압을 공급받으며, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 전원 전압이 소정의 기준 전압 이하일 때, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 프리챠지 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이를 개방하고, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이상일 때, 상기 프리챠지 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이를 닫아 프리챠지를 진행하며, 상기 프리챠지가 완료된 후 상기 제1 메인 릴레이를 닫는, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이하일 때, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 프리챠지 릴레이, 및 상기 제2 메인 릴레이 개방한 후, 상기 프리챠지 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이를 닫는 제어 전압을 공급하고, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이상이면, 상기 프리챠지 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이가 닫히는, 배터리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 프리챠지가 완료된 후 상기 제1 메인 릴레이를 닫은 후에, 상기 프리챠지 릴레이를 개방하는, 배터리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이하인지를 감지하기 위한 비교기; 및 상기 비교기의 출력인 비교 신호가 입력되는 셋단, 리셋 신호가 입력되는 리셋단, 및 상기 비교 신호 및 상기 리셋 신호에 따라 결정된 감지 신호를 출력하는 출력단을 포함하는 SR 래치를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 감지 신호가 상기 비교 신호에 의해 논리 1에 대응하는 레벨로 변경할 때, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이하인 것을 감지하는, 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 프리챠지 완료 후 상기 리셋 신호를 논리 1에 대응하는 레벨로 변경하는, 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 논리 1에 대응하는 레벨의 리셋 신호에 의해 상기 감지 신호가 논리 0에 대응하는 레벨로 변경한 것을 확인한 후, 상기 리셋 신호를 논리 0에 대응하는 레벨로 변경하는, 배터리 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기준 전압은, 상기 전원 전압이 상기 배터리 관리 시스템을 구동시킬 수 있는 레벨이고, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이, 및 상기 프리챠지 릴레이를 동작시키기에는 낮은 레벨인 것을 감지하기 위한 레벨로 설정되는, 배터리 시스템.
  9. 배터리, 상기 배터리에 대한 전류 경로를 제공하는 제1 메인 릴레이, 제2 메인 릴레이, 그리고 프리챠지 릴레이, SR 래치, 및 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 시스템에서, 상기 배터리 관리 시스템이 수행하는 융접합 방지 방법에 있어서, 상기 SR 래치의 출력인 감지 신호를 이용하여 전원 전압이 소정의 기준 전압 이하인지 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이하일 때, 상기 제1 및 제2 메인 릴레이, 및 상기 프리챠지 릴레이를 개방하는 단계; 상기 개방 단계 이후, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이상일 때, 상기 프리챠지 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이를 닫아 프리챠지를 진행하는 단계; 상기 프리챠지가 완료된 후, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이상일 때, 상기 제1 메인 릴레이를 닫는 단계; 및 상기 제1 메인 릴레이를 닫은 후, 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이상일 때, 상기 프리챠지 릴레이를 개방하는 단계를 포함하고, 상기 전원 전압은 상기 제1 및 제2 메인 릴레이, 및 상기 프리챠지 릴레이에 공급되는 전압이고, 상기 프리챠지 릴레이는 상기 제1 메인 릴레이에 대해 병렬 연결되어 있는, 융접합 방지 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프리챠지 릴레이를 개방한 후, 상기 감지 신호를 리셋시키기 위해 상기 SR 래치의 리셋단에 논리 1에 대응하는 레벨의 리셋 신호를 공급하는 단계를 더 포함하는, 융접합 방지 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 감지 신호가 리셋되었는지 판단하는 단계; 및 상기 감지 신호가 리셋되었으며, 상기 리셋 신호를 논리 0에 대응하는 레벨로 변경하는 단계를 더 포함하는, 융접합 방지 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 기준 전압은, 상기 전원 전압이 상기 배터리 관리 시스템을 구동시킬 수 있는 레벨이고, 상기 제1 메인 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이, 및 상기 프리챠지 릴레이를 동작시키기에는 낮은 레벨인 것을 감지하기 위한 레벨로 설정되는, 융접합 방지 방법.

Description

융접합 방지 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템{METHOD OF PREVENTING MELT BONDING AND BATTERY SYSTEM WHERE THE METHOD IS APPLIED} 본 개시는 융접합 방지 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템에 관한 것이다. 저온 시동 시 일반적인 상황보다 납축전지의 전압이 순간적으로 더 크게 떨어지는 현상이 발생한다. 이러한 경우 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS) 보드에 공급되는 전압은 BMS 보드가 동작할 수 있는 전압 레벨이지만, 릴레이에 공급되는 전압은 릴레이가 동작할 수 있는 전압 레벨에 미치지 못할 수 있다. 그러면, 릴레이가 열리는 현상이 발생할 수 있다. BMS 보드는 동작할 수 있으므로, BMS 보드는 릴레이를 닫으려는 시도를 한다. 이런 조건에서, 저온 시동이 완료되고 납축 전지 전압이 정상으로 복귀되었을 경우, 프리차지 없이 메인 릴레이가 닫혀 메인 릴레이가 융접합(melt bonding)될 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2는 일 실시예에 따른 융접합 방지 방법을 나타낸 순서도이다. 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. 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, "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. 도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1의 배터리 시스템(1)은 차량에 장착되어 차량을 구동하기 위한 모터 등의 전장 부하(3)에 전력을 공급하는 전원일 수 있다. 아울러, 전장 부하(3) 대신 출력단(+, -)에 충전기가 연결되고, 배터리 시스템(1)은 충전기로부터 공급되는 전력에 의해 충전될 수 있다. 배터리 시스템(1)은 배터리(10), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(20), 제1 메인 릴레이(30), 제2 메인 릴레이(40), 프리챠지(precharge) 릴레이(50), 프리챠지 저항(60), 전류센서(70), 링크 커패시터(80), 퓨즈(90), 및 융접합 방지부(100)를 포함할 수 있다. 납축 전지(2)는 보드(4), 제1 메인 릴레이(30), 제2 메인 릴레이(40), 및 프리챠지 릴레이(50)에 전원 전압(VS)을 공급한다. 납축 전지(2)는 차량의 전장 부하에도 전원 전압(VS)을 공급할 수 있다. 보드(4)에는 BMS(20) 및 융접합 방지부(100) 등이 위치할 수 있다. 도 1에 도시된 보드(4)에 추가적인 구성들이 더 위치할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리(10)는 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(11-15)를 포함한다. 도 1에서는 배터리(10)가 5개의 배터리 셀(11-15)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로 발명이 이에 한정되지 않는다. 퓨즈(90)는 배터리(10)의 양극과 출력 단자(P+) 사이에 연결되어 과도 전류로 인해 그 온도가 임계치에 도달하면 끊어질 수 있다. 전류센서(70)는 배터리(10)에 흐르는 전류(이하, 배터리 전류)를 감지하고, 전류센서(70)는 감지된 전류를 지시하는 신호를 BMS(20)에 전송할 수 있다. BMS(20)는 복수의 배터리 셀(11-15)에 연결되어, 복수의 배터리 셀(11-15)의 셀 전압을 측정하고, 배터리 전류 및 배터리(10)의 온도 등의 정보를 수신하며, 복수의 배터리 셀(11-15)의 셀 전압, 배터리 전류, 온도 등에 기초하여 배터리(10)의 충방전 전류를 제어하고, 복수의 배터리 셀(11-15)에 대한 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있다. BMS(20)의 동작에 필요한 전원 전압(VS)은 납축 전지(2)로부터 공급될 수 있다. BMS(20)는 융접합 방지부(100)로부터 입력되는 감지 신호(QS)에 기초하여 제1 메인 릴레이(30), 제2 메인 릴레이(40), 및 프리챠지 릴레이(50)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전원 전압(VS)이 소정의 기준 전압(VR) 이하로 감소하는 것을 지시하는 감지 신호(QS)가 융접합 방지부(100)로부터 수신되면, 모든 릴레이(30-50)를 개방한 후, 프리챠지 릴레이(50)와 제2 메인 릴레이(40)를 닫아, 프리챠지 동작이 소정 기간 동안 진행되도록 한다. 이어서, BMS(20)는 제1 메인 릴레이(30)를 닫고 프리챠지 릴레이(50)를 개방한다. 그 후, BMS(20)는 융접합 방지부(100)를 리셋하여 감지 신호(QS)를 리셋할 수 있다. 제1 메인 릴레이(30), 제2 메인 릴레이(40), 및 프리챠지 릴레이(50)는 배터리(10)에 대한 충전 전류 또는 방전 전류가 흐를 수 있도록 전류 경로를 형성한다. 프리챠지 릴레이(50)는 제1 메인 릴레이(30)에 대해서 병렬 연결되어 있다. 제1 메인 릴레이(30)는 스위치(31), 인덕터(32), 및 제어 스위치(33)를 포함한다. 스위치(31)의 일단은 배터리(10)의 양극에 연결되어 있고, 스위치(31)의 타단은 출력단(P+)에 연결되어 있으며, 인덕터(32)에 전류가 흐를 때, 스위치(31)는 닫히고, 인덕터(32)에 전류가 흐르지 않으면 열릴 수 있다. 인덕터(32)의 일단은 그라운드에 연결되고, 인덕터(32)의 타단은 제어 스위치(33)의 일단에 연결되어 있다. 제어 스위치(33)의 타단에는 전원 전압(VS)이 공급되고, 제어 스위치(33)는 BMS(20)로부터 공급되는 제어 전압(VG1)에 의해 스위칭한다. 예를 들어, 제어 전압(VG1)이 온 레벨일 때, 제어 스위치(33)는 온되고, 제어 전압(VG1)이 오프 레벨일 때, 제어 스위치(33)는 오프된다. 제2 메인 릴레이(40)는 스위치(41), 인덕터(42), 및 제어 스위치(43)를 포함한다. 스위치(41)의 일단은 배터리(10)의 음극에 연결되어 있고, 스위치(41)의 타단은 출력단(P-)에 연결되어 있으며, 인덕터(42)에 전류가 흐를 때, 스위치(41)는 닫히고, 인덕터(42)에 전류가 흐르지 않으면 열릴 수 있다. 인덕터(42)의 일단은 그라운드에 연결되고, 인덕터(42)의 타단은 제어 스위치(43)의 일단에 연결되어 있다. 제어 스위치(43)의 타단에는 전원 전압(VS)이 공급되고, 제어 스위치(43)는 BMS(20)로부터 공급되는 제어 전압(VG2)에 의해 스위칭한다. 예를 들어, 제어 전압(VG2)이 온 레벨일 때, 제어 스위치(43)는 온되고, 제어 전압(VG2)이 오프 레벨일 때, 제어 스위치(43)는 오프된다. 프리챠지 릴레이(50)는 프리챠지 저항(60)과 함께 제1 메인 릴레이(30)에 병렬 연결되어 있고, 스위치(51), 인덕터(52), 및 제어 스위치(53)를 포함한다. 스위치(51)의 일단은 배터리(10)의 양극에 연결되어 있고, 스위치(51)의 타단은 프리챠지 저항(60)의 일단에 연결되어 있으며, 인덕터(52)에 전류가 흐를 때, 스위치(51)는 닫히고, 인덕터(52)에 전류가 흐르지 않으면 열릴 수 있다. 인덕터(52)의 일단은 그라운드에 연결되고, 인덕터(52)의 타단은 제어 스위치(53)의 일단에 연결되어 있다. 제어 스위치(53)의 타단에는 전원 전압(VS)이 공급되고, 제어 스위치(53)는 BMS(20)로부터 공급되는 제어 전압(VG3)에 의해 스위칭한다. 예를 들어, 제어 전압(VG3)이 온 레벨일 때, 제어 스위치(53)는 온되고, 제어 전압(VG3)이 오프 레벨일 때, 제어 스위치(53)는 오프된다. 프리챠지 저항(60)의 타단은 출력단(P+)에 연결되어 있다. 링크 커패시터(80)는 출력단(P+)과 출력단(P-) 사이에 연결되어, 배터리(10)로부터 전장 부하(3)에 공급되는 출력 전압의 노이즈 성분을 필터링하거나, 출력 전압의 급격한 변화를 감소시킬 수 있다. 융접합 방지부(100)는 비교기(101), 및 SR 래치(102)를 포함한다. 비교기(101)는 입력단(+)의 전압이 입력단(-)의 전압 이상이면 논리 “1”을 지시하는 하이 레벨의 비교 신호(CM)를 출력하고, 입력단(+)의 전압이 입력단(-)의 전압 보다 낮으면, 논리 “0”을 지시하는 로우 레벨의 비교 신호(CM)을 출력할 수 있다. 비교기(101)의 입력단(-)에는 전원 전압(VS)이 입력되고, 비교기(101)의 입력단(+)에는 기준 전압(VR)이 입력될 수 있다. 전원 전압(VS)이 B