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KR101665003B1 - 배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법 Download PDF

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KR101665003B1
KR101665003B1 KR1020140173183A KR20140173183A KR101665003B1 KR 101665003 B1 KR101665003 B1 KR 101665003B1 KR 1020140173183 A KR1020140173183 A KR 1020140173183A KR 20140173183 A KR20140173183 A KR 20140173183A KR 101665003 B1 KR101665003 B1 KR 101665003B1
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battery
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voltage
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박재성
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현대오트론 주식회사
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Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법은 제1 배터리 모듈의 최하위 단 및 제2 배터리 모듈의 최상위 단을 직렬로 연결하는 버스바; 상기 제1 및 제2 배터리 모듈과 연결되어 상기 제1 및 제2 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 제어회로; 및 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단에서 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 제1 임계전압 이하로 클램핑하고, 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단에서 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 제2 임계전압 이하로 차단하는 과전압 보호회로를 포함한다.

Description

배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING OVERVOLTAGE OF BATTERY BUS BAR}
본 명세서는 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 배터리 모듈들을 서로 연결하는 버스바(Bus bar)로 인해 발생할 수 있는 과전압으로부터 고전압 배터리 관리 시스템을 보호할 수 있는, 배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV: electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작하였다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 절실히 요구되는 실정이다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 배터리 관리 시스템(100)은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩(10), 차량 전자 장치(20) 및 배터리 제어장치(30)를 포함한다.
배터리 팩(10)은 복수의 배터리 모듈(11, 12)을 포함하며, 배터리 모듈(11, 12)은 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 팩(10)은 충전된 고전압 직류 전력을 모터 등의 차량 전자 장치(20)에 공급한다.
배터리 제어장치(30)는 복수의 MCU(31, 32)와 상기 MCU를 제어하는 BCU(33)를 포함할 수 있다. 배터리 제어장치(30)는 배터리 팩과 연결되어 배터리 팩(10)의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 팩(10)의 충방전 동작을 제어한다.
한편, 복수의 배터리 모듈(11, 12)은 서로 버스바(Bus bar)로 연결될 수 있다. 버스바는 배터리 모듈과 배터리 모듈을 서로 연결해 주는 금속 물질로 구성될 수 있다. 이러한 버스바는 도체 자체 저항 및 배터리 모듈을 서로 연결하는 접촉 저항 등으로 수mΩ의 저항 성분을 가질 수 있다.
전류가 차량 모터가 구동될 때 +200A까지 버스바를 통해 흐르거나, 배터리가 충전될 때 -200A까지 흐를 수 있다. 버스바의 저항 성분으로 인해 수V의 정방향 또는 역방향 전압이 발생하게 된다.
하지만, 버스바의 저항 성분이 커지는 경우 수십 V의 전압이 버스바 양단에 인가가 되어 배터리 제어장치(30)가 소손될 수 있다.
예를 들어, 버스바의 볼트가 차량 진동 또는 제조 불량으로 느슨하게 풀릴 경우에, 금속의 접촉 저항이 커져 에너지 손실이 발생될 수 있다. 뿐만 아니라, 버스바의 볼트 체결이 완전히 풀리게 될 경우에 배터리 제어장치(30)의 소손 및 차량의 동작이 정지가 되는 문제가 발생될 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 배터리 모듈들을 서로 연결하는 버스바(Bus bar)에서 발생할 수 있는 과전압으로부터 고전압 배터리 관리 시스템을 보호할 수 있는, 배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 정방향 과전압을 제1 임계전압 이하로 클램핑함으로써, 배터리 모듈들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 제어회로의 소손을 방지할 수 있는, 배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 역방향 과전압을 제2 임계전압 이하로 차단함으로써, 배터리 모듈들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 제어회로의 소손을 방지할 수 있는, 배터리 버스바의 과전압 보호 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, 제1 배터리 모듈의 최하위 단 및 제2 배터리 모듈의 최상위 단을 직렬로 연결하는 버스바; 상기 제1 및 제2 배터리 모듈과 연결되어 상기 제1 및 제2 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 제어회로; 및 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단에서 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 제1 임계전압 이하로 클램핑하고, 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단에서 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 제2 임계전압 이하로 차단하는 과전압 보호회로를 포함하는 배터리 관리 시스템의 과전압 보호 장치가 제공될 수 있다.
상기 과전압 보호회로는 상기 버스바와 병렬로 연결되는 제1 다이오드를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸리며 상기 최하위 단에서 상기 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 정방향 임계전압 이하로 클램핑할 수 있다.
상기 제1 다이오드는 상기 버스바와 병렬로 연결되고 기설정된 정방향 임계전압보다 낮은 항복 전압(Breakdown voltage)을 가지는 적어도 하나의 제너 다이오드(Zener diode)를 포함할 수 있다.
상기 과전압 보호회로는 상기 버스바와 병렬로 연결되는 제2 다이오드를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸리며 상기 최상위 단에서 상기 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 역방향 임계전압 이하로 차단할 수 있다.
상기 제2 다이오드는 상기 버스바와 병렬로 연결되고 기설정된 역방향 임계전압보다 낮은 턴온 전압(Turn on voltage)을 가지는 적어도 하나의 쇼트키 다이오드(Schottky diode)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 제어회로는 모니터링된 버스바의 양단 간의 전압이 기설정된 전압을 초과하면, 상기 버스바의 이상을 경고할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 제1 및 제2 배터리 모듈이 버스바를 통해 직렬로 연결된 배터리 관리 시스템의 과전압 보호 방법에 있어서, 제1 및 제2 배터리 모듈과 연결되어 상기 제1 및 제2 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하는 단계; 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단에서 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 제1 임계전압 이하로 클램핑하는 단계; 및 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단에서 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 제2 임계전압 이하로 차단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 과전압 보호 방법이 제공될 수 있다.
상기 클램핑하는 단계는 상기 버스바와 병렬로 연결되는 기설정된 정방향 임계전압보다 낮은 항복 전압(Breakdown voltage)을 가지는 제1 다이오드를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸리며 상기 최하위 단에서 상기 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 정방향 임계전압 이하로 클램핑할 수 있다.
상기 차단하는 단계는 상기 버스바와 병렬로 연결되고 기설정된 역방향 임계전압보다 낮은 턴온 전압을 가지는 제2 다이오드를 통해 상기 버스바의 양단 간에 걸리며 상기 최상위 단에서 상기 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 역방향 임계전압 이하로 차단할 수 있다.
상기 모니터링된 버스바의 양단 간의 전압이 기설정된 전압을 초과하면, 상기 버스바의 이상을 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 배터리 모듈들을 서로 연결하는 버스바(Bus bar)에서 발생할 수 있는 과전압으로부터 고전압 배터리 관리 시스템을 보호할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 정방향 과전압을 제1 임계전압 이하로 클램핑함으로써, 배터리 모듈들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 제어회로의 소손을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 버스바 양단 간의 역방향 과전압을 제2 임계전압 이하로 차단함으로써, 배터리 모듈들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 제어회로의 소손을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 차량에서 발생되는 고전압 서지를 배터리 관리 시스템에서 효율적으로 차단하여 배터리 관리 시스템의 소손을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 버스바의 과전압 보호 장치의 구성도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 도 2의 과전압 보호회로의 구성도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 버스바의 과전압 보호 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 버스바의 과전압 보호 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 버스바의 과전압 보호 장치(200)는 버스바(203), 배터리 제어회로(210) 및 과전압 보호회로(220)를 포함한다.
이하, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 버스바의 과전압 보호 장치(200)의 구성요소에 대한 구체적인 구성 및 동작에 대해서 설명하기로 한다.
배터리 버스바의 과전압 보호 장치(200)는 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202)과 연결되어 있다. 제1 배터리 모듈(201)은 복수의 배터리 셀들(C11, C12, C13, C14)을 포함한다. 또한, 제2 배터리 모듈(202)은 복수의 배터리 셀들(C21, C22, C23, C24)을 포함한다.
여기서, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 배터리 모듈(201)은 4개의 배터리 셀(C11, C12, C13, C14)들이 직렬 연결된 경우를 가정하고, 제2 배터리 모듈(202)은 4개의 배터리 셀(C21, C22, C23, C24)들이 직렬 연결된 경우를 가정하여 설명한다. 또한, 상기 배터리 모듈은 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202) 이외의 다른 복수개의 배터리 모듈로 구성될 수 있다. 제1 배터리 모듈(201) 및 제2 배터리 모듈(202)은 충전된 고전압 직류 전력을 차량에 구비되어 있는 모터 등에 공급하고, 충전 장치를 통해서 충전 전압을 공급받는다.
각 배터리 셀(C11, C12, C13, C14)은 각 셀에 연결된 스위치(미도시)를 통해서 방전저항(미도시)에 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 제어회로(210)는 각 셀의 전압을 측정하여 충전 및 방전이 필요한 경우 상기 스위치의 온 오프 동작을 제어하여 방전저항을 통해 배터리 셀의 충전 및 방전 동작을 수행한다.
한편, 버스바(203)는 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단 및 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단을 직렬로 연결한다.
여기서, 버스바(203)는 제1 배터리 모듈(201)과 제2 배터리 모듈(202)을 서로 연결하는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버스바(203)는 도체 자체 저항 및 제1 배터리 모듈(201)과 제2 배터리 모듈(202)을 연결하는 접촉 저항 등으로 수mΩ의 저항 성분을 가질 수 있다. 버스바(203)의 양단에 걸리는 전압은 하이브리드 차량에서의 배터리 모듈과 연결된 모터의 구동 과정 또는 배터리 모듈의 충전 과정에 따라 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
배터리 제어회로(210)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201 및 202)과 복수의 모듈 입력핀(211)을 통해 연결된다. 배터리 제어회로(210)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201 및 202)의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어한다.
배터리 제어회로(210)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201 및 202)의 복수의 배터리 셀의 충방전 상태를 모니터링 및 제어한다. 즉, 배터리 제어회로(210)는 복수의 배터리 셀의 전압, 전류, 충전 상태, 온도 등과 같은 작동 특성을 모니터링한다. 또한, 복수의 배터리 셀을 모니터링한 결과를 통해 배터리 셀을 충전 또는 방전되도록 제어한다.
또한, 배터리 제어회로(210)는 버스바(203)의 양단 간에 걸리는 전압을 P1 및 P2 입력핀을 통해 모니터링한다. 즉, 배터리 제어회로(210)는 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단과 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단 사이에 걸리는 버스바(203)의 전압을 모니터링한다.
과전압 보호회로(220)는 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단에서 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 제1 임계전압 이하로 클램핑한다. 여기서, 정방향 과전압은 P1 및 P2 입력핀이 각각 양극(+) 및 음극(-) 극성을 가지는 경우에 해당된다. 기설정된 제1 임계전압은 배터리 제어 회로의 최대 정격값(AMR: absolute maximum rating)일 수 있다. 최대 정격값(AMR)은 배터리 제어 회로가 반도체 디바이스(예컨대, 집적회로(IC: Integrated Circuit), 트랜지스터, 다이오드 등)로 이루어진 경우, 과다한 전압에 의한 파괴를 방지하기 위해 설정된 최대 정격값을 나타낸다.
또한, 과전압 보호회로(220)는 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단에서 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 제2 임계전압 이하로 차단한다. 여기서, 역방향 과전압은 P1 및 P2 입력핀이 각각 음극(-) 및 양극(+) 극성을 가지는 경우에 해당된다.
이후, 과전압 보호회로(220)는 P1 및 P2 입력핀 사이에 걸린 정방향 및 양방향 과전압을 클램핑하거나 차단한다. 즉, 과전압 보호회로(220)의 P3 및 P4 출력핀에 걸리는 전압은 기설정된 제1 및 제2 임계전압 이하가 된다.
배터리 제어회로(210)는 모니터링된 버스바(203)의 양단 간의 전압이 기설정된 전압을 초과하면, 버스바(203)의 이상을 경고할 수 있다. 배터리 제어회로(210)는 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단과 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단 사이의 전압을 주기적으로 모니터링한다.
모니터링 결과, 일정 전압 이상이 측정될 경우, 배터리 제어회로(210)는 차량 전자 장치 등과 연결되어 버스바(203)의 이상을 경고할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 도 2의 과전압 보호회로의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 과전압 보호회로(220)는 제1 다이오드(221) 및 제2 다이오드(222)를 포함한다. 과전압 보호회로(220)는 정방향 역전압 또는 역방향 역전압이 발생 시에도 배터리 제어회로(210)가 소손되지 않도록 2개의 다이오드를 통해 배터리 제어회로(210)를 보호할 수 있다.
과전압 보호회로(220)는 제1 다이오드(221)를 통해 버스바의 양단 간에 걸리며 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단에서 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 정방향 임계전압 이하로 클램핑한다.
여기서, 제1 다이오드(221)는 버스바와 병렬로 연결되어 있다. 제1 다이오드(221)는 기설정된 정방향 임계전압보다 낮은 항복 전압(Breakdown voltage)을 가진다. 일례로, 제1 다이오드(221)는 기설정된 정방향 임계전압보다 낮은 항복 전압을 가지는 적어도 하나의 제너 다이오드(Zener diode)를 포함할 수 있다. 과전압 보호회로(220)는 정방향의 과전압 발생 시 제너 다이오드인 제1 다이오드(221)가 정방향 과전압을 클램핑할 수 있다.
과전압 보호회로(220)는 P1 및 P2 입력핀과 연결된 전압 측정 라인 사이에 고전압 서지를 차단해 주기 위한 제너 다이오드를 포함할 수 있다. 여기서, 고전압 서지는 버스바(203)와 연결된 커넥터의 착탈 시 발생할 수 있다. 이때, 제너 다이오드는 배터리 제어회로(210)의 입력 라인이 버틸 수 있는 최대 전압보다 낮은 제너 전압을 가질 수 있다. 또한, 제너 다이오드는 버스바(203)와 연결된 커넥터 착탈시 발생되는 최대 전압을 최대 허용 파워(와트)로 가질 수 있다.
과전압 보호회로(220)는 제2 다이오드(222)를 통해 버스바의 양단 간에 걸리며 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단에서 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 역방향 임계전압 이하로 차단한다.
여기서, 제2 다이오드(222)는 버스바와 병렬로 연결되어 있다. 제2 다이오드(222)는 기설정된 역방향 임계전압보다 낮은 턴온 전압(Turn on voltage)을 가진다. 일례로, 제2 다이오드(222)는 기설정된 역방향 임계전압보다 낮은 턴온 전압을 가지는 적어도 하나의 쇼트키 다이오드(Schottky diode)를 포함할 수 있다.
과전압 보호회로(220)는 하나의 제너 다이오드와 하나의 쇼트키 다이오드를 다이오드 쌍으로 포함하여 정방향 및 역방향 과전압을 클램핑하거나 차단할 수 있다.
여기서, 배터리 제어회로(210)는 회로가 소손되는 것을 막기 위한 내압을 가질 수 있다. 배터리 제어회로(210)는 일반적으로 역방향 및 정방향에 대해 -0.7V 내지 9.0V 사이의 내압을 가질 수 있다. 과전압 보호회로(220)는 이러한 내압 범위를 벗어나지 않게 하기 위해 제너 다이오드 및 쇼트키 다이오드를 적용할 수 있다.
예를 들면, 배터리 제어회로(210)의 정방향 내압이 9V이고 제너 다이오드의 항복 전압이 4.9V이면, 과전압 보호회로(220)는 P1 및 P2 입력핀에 걸리는 전압이 9V를 초과하더라도 항복 전압인 4.9V 이하로 클램핑하여 P3 및 P4 출력핀을 통해 클램핑된 전압을 출력할 수 있다.
또한, 예를 들면, 배터리 제어회로(210)의 역방향 내압이 0.7V이고 쇼트키 다이오드의 턴온 전압이 0.2V이면, 과전압 보호회로(220)는 P1 및 P2 입력핀에 걸리는 전압이 0.7V를 초과하더라도 쇼트키 다이오드가 턴온되어 0.2V 이하로 차단하여 P3 및 P4 출력핀을 통해 과전압이 차단된 0.2V 전압을 출력할 수 있다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 버스바의 과전압 보호 방법에 대한 흐름도이다.
과전압 보호 장치(200)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201 및 202)이 버스바(203)를 통해 직렬로 연결된 배터리 관리 시스템에 포함된다.
과전압 보호 장치(200)는 제1 및 제2 배터리 모듈(201 및 202)과 연결되어 제1 및 제2 배터리 모듈(201 및 202)의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어한다(S402).
과전압 보호 장치(200)는 버스바(203)의 양단 간에 과전압이 발생하는지를 확인한다(S404).
상기 확인 결과(S404), 발생된 버스바(203)의 양단 간에 과전압이 발생하면, 과전압 보호 장치(200)는 과전압이 정방향 과전압인지를 확인한다(S406).
상기 확인 결과(S406), 과전압이 정방향 과전압이면, 과전압 보호 장치(200)는 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단에서 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단으로의 정방향 과전압을 기설정된 제1 임계전압 이하로 클램핑한다(S408). 과전압 보호 장치(200)는 버스바와 병렬로 연결되는 기설정된 정방향 임계전압보다 낮은 항복 전압(Breakdown voltage)을 가지는 제1 다이오드(221)를 통해 버스바의 양단 간에 걸린 정방향 과전압을 기설정된 정방향 임계전압 이하로 클램핑할 수 있다.
그리고 과전압 보호 장치(200)는 모니터링된 버스바(203)의 양단 간의 전압이 기설정된 전압을 초과하면, 버스바(203)의 이상을 경고한다(S410).
한편, 상기 확인 결과(S406), 과전압이 정방향 과전압이 아니면, 과전압 보호 장치(200)는 과전압이 역방향 과전압인지를 확인한다(S412).
상기 확인 결과(S412), 과전압이 역방향 과전압이면, 과전압 보호 장치(200)는 제2 배터리 모듈(202)의 최상위 단에서 제1 배터리 모듈(201)의 최하위 단으로의 역방향 과전압을 기설정된 제2 임계전압 이하로 차단한다(S414). 과전압 보호 장치(200)는 버스바와 병렬로 연결되고 기설정된 역방향 임계전압보다 낮은 턴온 전압을 가지는 제2 다이오드(222)를 통해 버스바의 양단 간에 걸린 역방향 과전압을 기설정된 역방향 임계전압 이하로 차단할 수 있다.
그리고 과전압 보호 장치(200)는 모니터링된 버스바(203)의 양단 간의 전압이 기설정된 전압을 초과하면, 버스바(203)의 이상을 경고한다(S416).
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200: 배터리 관리 시스템(BMS)
10: 배터리 팩
11, 12, 13: 배터리 모듈
20: 차량 전자 장치
30: 배터리 제어장치
31, 32: MCU
33: BCU
200: 과전압 보호 장치
201: 제1 배터리 모듈
202: 제2 배터리 모듈
203: 버스바
210: 배터리 제어회로
220: 과전압 보호회로
221: 제1 다이오드
222: 제2 다이오드

Claims (10)

  1. 제1 배터리 모듈의 최하위 단 및 제2 배터리 모듈의 최상위 단을 직렬로 연결하는 버스바;
    상기 버스바와 병렬로 연결되는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 구비하여, 상기 버스바의 양단 전압이 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단에서 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단으로의 정방향 과전압이면, 기설정된 제1 임계전압 이하로 클램핑하고, 상기 버스바의 양단 전압이 상기 제2 배터리 모듈의 최상위 단에서 상기 제1 배터리 모듈의 최하위 단으로의 역방향 과전압이면 기설정된 제2 임계전압 이하로 차단하는 과전압 보호회로; 및
    상기 제1 및 제2 배터리 모듈과 연결되어 상기 제1 및 제2 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링하고 제어하고, 상기 과전압 보호회로와 함께 상기 버스바와 병렬로 연결되어 상기 버스바의 양단 전압을 직접 인가받아 상기 버스바의 상태를 모니터링하는 배터리 제어회로;
    를 포함하는 배터리 관리 시스템의 과전압 보호 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는
    상기 버스바와 병렬로 연결되고 기설정된 정방향 임계전압보다 낮은 항복 전압(Breakdown voltage)을 가지는 적어도 하나의 제너 다이오드(Zener diode)를 포함하는 배터리 관리 시스템의 과전압 보호 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 다이오드는
    상기 버스바와 병렬로 연결되고 기설정된 역방향 임계전압보다 낮은 턴온 전압(Turn on voltage)을 가지는 적어도 하나의 쇼트키 다이오드(Schottky diode)를 포함하는 배터리 관리 시스템의 과전압 보호 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어회로는
    모니터링된 버스바의 양단 간의 전압이 기설정된 전압을 초과하면, 상기 버스바의 이상을 경고하는 배터리 관리 시스템의 과전압 보호 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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