KR102030823B1 - Battery management system and operating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 버스바에 연결된 배터리 셀들의 각각의 전압을 모니터링 하는 센싱 집적회로, 및 상기 버스바의 양단 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압이 입력 전압 범위를 이내인지를 판별하고, 상기 측정된 전압이 정상 범위 이내일 때, 상기 측정된 전압을 상기 센싱 집적회로의 입력핀들로 출력하는 전압 보호 회로를 포함할 수 있다.The battery management system according to the present invention includes a sensing integrated circuit that monitors a voltage of each of the battery cells connected to a busbar, a voltage measured at both ends of the busbar, and determining whether the measured voltage is within an input voltage range. And a voltage protection circuit outputting the measured voltage to the input pins of the sensing integrated circuit when the measured voltage is within a normal range.
Description
본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system and a method of operation thereof.
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 IC(integrated circuit)의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 요구된다. 일반적으로 차량용 배터리 관리 시스템(BMS)은, 마이컴(MICOM)과 배터리 셀들을 모니터링 하는 복수의 셀 센싱(cell sensing) ICs(integrated circuits)를 포함한다.In vehicles using electric energy, the performance of the battery directly affects the performance of the vehicle, so that not only the battery cell's voltage, the voltage and current of the entire battery are measured, but also the charge and discharge of each battery cell is efficiently managed. There is a need for a battery management system (BMS) that monitors the state of a cell sensing integrated circuit (IC) that senses each battery cell and enables stable control of the cell. BACKGROUND In general, a vehicle battery management system (BMS) includes a MICOM and a plurality of cell sensing integrated circuits (ICs) for monitoring battery cells.
본 발명의 목적은 버스바의 과전압/역전압으로부터 센싱 IC를 보호하는 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a battery management system for protecting a sensing IC from overvoltage / reverse voltage of a busbar and a method of operating the same.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 버스바에 연결된 배터리 셀들의 각각의 전압을 모니터링 하는 센싱 집적회로; 및 상기 버스바 및 상기 센싱 집적회로 사이에 병렬로 위치하여 상기 버스바의 양단 전압을 측정하고, 측정된 전압이 입력 전압 범위를 이내인지를 판별하고, 상기 측정된 전압이 제 1 기준값 이상이거나 제 2 기준값 이하인 경우에, 상기 측정된 전압을 상기 입력 전압 범위 내의 전압으로 변화시켜 상기 센싱 집적회로의 입력핀들로 출력하는 전압 보호 회로를 포함할 수 있다.Battery management system according to an embodiment of the present invention, the sensing integrated circuit for monitoring the voltage of each of the battery cells connected to the bus bar; And measure the voltage across the busbar in parallel between the busbar and the sensing integrated circuit, determine whether the measured voltage is within an input voltage range, and wherein the measured voltage is greater than or equal to a first reference value. When less than 2 reference values, it may include a voltage protection circuit for changing the measured voltage to a voltage within the input voltage range to output to the input pins of the sensing integrated circuit.
실시 예에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 입력 전압 범위 이내일 때, 상기 전압 보호 회로는 상기 측정된 전압을 상기 입력핀들로 출력할 수 있다.In example embodiments, when the measured voltage is within the input voltage range, the voltage protection circuit may output the measured voltage to the input pins.
실시 예에 있어서, 상기 전압 보호회로는 상기 버스바에 병렬로 연결된 릴레이를 턴 온 시켜 상기 측정된 전압을 상기 입력 전압 범위 내의 전압으로 변화시킬 수 있다.In example embodiments, the voltage protection circuit may turn on a relay connected to the bus bar in parallel to change the measured voltage into a voltage within the input voltage range.
실시 예에 있어서, 상기 릴레이를 턴 온 시킴에 따라, 상기 버스바에 병렬의 저항이 연결됨으로써 상기 측정된 전압이 상기 입력 전압 범위 이내의 전압으로 낮아질 수 있다.In some embodiments, as the relay is turned on, a parallel resistance is connected to the busbar, thereby reducing the measured voltage to a voltage within the input voltage range.
실시 예에 있어서, 상기 전압 보호 회로는, 상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 제 1 전압 측정기; 상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 제 2 전압 측정기; 상기 제 1 전압 측정기의 출력값과 제 1 기준값을 비교하는 제 1 비교기; 상기 제 2 전압 측정기의 출력값과 제 2 기준값을 비교하는 제 2 비교기; 및 상기 제 1 비교기의 출력값과 상기 제 1 비교기의 출력값을 논리 연산하는 논리 회로를 포함하고, 상기 릴레이는 상기 논리 회로의 출력값에 따라 턴 온 될 수 있다.The voltage protection circuit may include: a first voltage meter configured to measure a voltage across the busbar; A second voltage meter for measuring a voltage across the busbar; A first comparator for comparing an output value of the first voltage meter and a first reference value; A second comparator for comparing an output value of the second voltage meter and a second reference value; And a logic circuit configured to logically calculate an output value of the first comparator and an output value of the first comparator, wherein the relay may be turned on according to the output value of the logic circuit.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 비교기는 상기 제 1 기준값을 수신하는 양입력단과 상기 제 1 전압 측정기의 출력값을 수신하는 음입력단을 포함하고, 상기 제 2 비교기는 상기 2 전압 측정기의 출력값을 수신하는 양입력단과 상기 제 2 기준값을 수신하는 음입력단을 포함할 수 있다.The first comparator may include a positive input terminal receiving the first reference value and a negative input terminal receiving the output value of the first voltage meter, and the second comparator receiving the output value of the second voltage meter. It may include a positive input terminal and a sound input terminal for receiving the second reference value.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 기준값은 과전압을 결정하는 기준값이고, 상기 제 2 기준값은 역전압을 결정하는 기준값일 수 있다.In an embodiment, the first reference value may be a reference value for determining an overvoltage, and the second reference value may be a reference value for determining a reverse voltage.
실시 예에 있어서, 상기 릴레이는 상기 논리 회로의 결과값에 따라 턴 온 되어 상기 센싱 집적회로의 입력핀들 사이를 연결할 수 있다.In example embodiments, the relay may be turned on according to a result of the logic circuit to connect the input pins of the sensing integrated circuit.
실시 예에 있어서, 상기 논리 회로는 NAND 연산을 수행할 수 있다.In example embodiments, the logic circuit may perform a NAND operation.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작 방법은: 버스바와 센싱 집적회로 사이에 병렬로 위치하여 상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 단계; 측정된 전압이 정상 범위를 벗어나는 지를 판별하는 단계; 및 상기 측정된 전압이 제 1 기준값 이상이거나 제 2 기준값 이하인 경우에, 상기 측정된 전압을 상기 정상 범위 내의 전압으로 변화시켜 상기 센싱 집적회로의 입력핀들로 출력하여 상기 센싱 집적회로에 대한 회로 보호 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.A method of operating a battery management system according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes: measuring a voltage at both ends of a bus bar by placing a bus bar and a sensing integrated circuit in parallel; Determining whether the measured voltage is out of the normal range; And when the measured voltage is greater than or equal to a first reference value or less than or equal to a second reference value, converts the measured voltage into a voltage within the normal range and outputs the output voltage to input pins of the sensing integrated circuit to protect the circuit for the sensing integrated circuit. It may include the step of performing.
실시 예에 있어서, 상기 정상 범위를 벗어나는 지를 판별하는 단계는, 상기 측정된 전압이 상기 제 1 기준값 이상 인지를 판별하는 단계; 및 상기 측정된 전압이 상기 제 2 기준값 이하 인지를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the determining whether the deviation is from the normal range may include: determining whether the measured voltage is equal to or greater than the first reference value; And determining whether the measured voltage is less than or equal to the second reference value.
실시 예에 있어서, 상기 회로 보호 동작을 수행하는 단계는, 상기 버스바에 병렬로 연결된 릴레이를 턴 온 시켜 상기 측정된 전압을 상기 정상 범위 내의 전압으로 낮추는 것을 특징으로 한다.The performing of the circuit protection operation may include lowering the measured voltage to a voltage within the normal range by turning on a relay connected to the bus bar in parallel.
실시 예에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 정상 범위 이내이면, 상기 측정된 전압을 상기 센싱 집적회로의 입력핀들로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include outputting the measured voltage to the input pins of the sensing integrated circuit if the measured voltage is within the normal range.
실시 예에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 정상 범위를 벗어나지 않을 때 상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 단계로 진입할 수 있다.In an embodiment, when the measured voltage does not deviate from the normal range, it may be entered into the step of measuring the voltage across the busbar.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법은 버스바의 비정상 결선 상황에서 센싱 IC 보호를 위해 전압 측정기들, 비교기들, 릴레이 등을 이용하여 버스바에 비정상적인 범위의 전압이 인가되었을 경우 릴레이를 턴 온 시킴으로써, 센싱 IC에 입력되는 전압의 범위를 제한시킬 수 있다. 그 결과로써, 버스바의 과전압/역전압으로부터 센싱 IC가 보호될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a battery management system and a method of operating the battery management system according to an exemplary embodiment of the present invention use an voltage range, a comparator, a relay, or the like to protect a sensing IC in an abnormal wiring state of a bus bar. By turning on the relay, the range of voltage input to the sensing IC can be limited. As a result, the sensing IC can be protected from overvoltage / reverse voltage of the busbar.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 보호 회로를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 논리 회로(NAND, 135)의 출력 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 버스바 과전압/역전압으로부터 센싱 IC 보호 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings are provided to assist in understanding the present embodiment, and provide embodiments with a detailed description. However, the technical features of the present embodiment are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
1 is a diagram illustrating a battery management system according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an output waveform of the
4 is a diagram illustrating a method of protecting a sensing IC from busbar overvoltage / reverse voltage of a battery management system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
5 is a diagram illustrating a battery management system according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the contents of the present invention will be described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily implement the drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 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.The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly neighboring", should be interpreted as well. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is implemented, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. .
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 배터리 관리 시스템(100)은 센싱 집적회로들(sensing ICs(integrated circuits); 110, 120), 및 전압 보호 회로(130)를 포함할 수 있다.1 is a diagram illustrating a
센싱 집적회로들(110, 120)의 각각은 대응하는 배터리 팩(210 혹은 220) 안에 직렬 연결된 배터리 셀들의 각각의 배터리 셀을 모니터링하도록 구현될 수 있다. 도 1에서는 설명의 편의를 위하여 2개의 배터리 팩(210, 220)를 도시하였지만, 본 발명의 배터리 팩의 개수가 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 도 1에 도시된 배터리 팩들(210, 220)의 각각은 4개의 직렬 연결된 배터리 셀들로 구성되지만, 본 발명의 배터리 셀의 개수가 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. Each of the sensing integrated
일반적으로, 배터리 팩들(210, 220) 사이의 연결(전기적 및 물리적)을 위한 버스바(bus bar, 215)가 존재한다. 버스바(215)는 금속 물질로 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 버스바(215)는 도체 자체 저항 혹은 배터리 셀을 서로 연결하는 접촉 저항 등으로 수 mΩ의 저항 성분을 가질 수 있다. Generally, there is a
차량 모터가 구동될 때 +200A 전류가 버스바(215)를 통해 흐르거나, 배터리가 충전될 때 -200A 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 버스바(215)의 저항 성분으로 인해 수 V의 정방향/역방향 전압이 발생할 수 있다.A + 200A current can flow through the
전압 보호 회로(130)는 버스바(215)의 양단 전압을 모니터링 하고, 모니터링 전압이 과전압/역전압 일 때 센싱 IC(120)를 보호하기 위한 회로 보호 동작을 수행하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)의 사이의 버스바(215)의 양단 전압이 사전에 결정된 과전압/역전압 이상일 때, 전압 보호 회로(130)는 모니터링된 결과값에 따라 수신하는 센싱 IC(120)의 입력핀들(121, 122)을 전기적으로 연결 혹은 차단할 수 있다.The
한편, 도시되지 않았지만, 배터리 관리 시스템(100)는 마이컴(MICOM)을 갖는 BMS(battery management system) 제어기를 포함할 수 있다. 마이컴은 BMS 제어기의 전반적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 마이컴은 마이크로콘트롤러(microcontroller, MCU)를 포함할 수 있다. 또한, 마이컴은 센싱 ICs(110, 120)로부터 모니터링 결과값을 수신하고, 수신된 결과값, 주행 상태, 배터리 전체 전압, 모터 제어 유무 등 이용하여 배터리 고장을 종합적으로 진단하고, 진단 결과에 따라 전원 공급 회로를 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이컴은 과전압(over voltage), 저전압(under voltage), 고온(over temperature), 과전류(over current), 저전류(under current), 오픈 로드(open load) 등을 알고리즘(소프트웨어/펌웨어)에 의거하여 판단할 수 있다.Although not shown, the
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 버스바(215)의 양단 전압을 측정하고, 측정된 전압이 입력 전압 범위를 이내인지를 판별하고, 측정된 전압이 정상 범위 이내일 때 측정된 전압을 센싱 IC(120)의 입력핀들(121, 122)로 출력하거나 측정된 전압이 정상 범위를 벗어날 때 측정된 전압을 낮추고 낮아진 전압을 센싱 집적회로(120)의 입력핀들(121, 122)로 출력하는 전압 보호 회로(130)를 구비함으로써, 버스바(215)의 이상, 즉 과전압/역전압으로부터 센싱 IC(120)를 보호할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 보호 회로(130)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 전압 보호 회로(130)는 제 1 및 제 2 전압 측정기들(U1, U2; 131, 132), 제 1 및 제 2 비교기들(U3, U4;133, 134), 논리 회로(NAND; 135), 및 릴레이(136)를 포함할 수 있다.2 is a diagram illustrating a
제 1 전압 측정기(131)는 제 1 노드(N1)에 연결된 양입력단(+)과 제 2 노드(N2)에 연결된 음입력단(-)을 포함하고, 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)의 전압 차이를 출력할 수 있다.The
제 2 전압 측정기(132)는 제 1 노드(N1)에 연결된 양입력단(+)과 제 2 노드(N2)에 연결된 음입력단(-)을 포함하고, 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)의 전압 차이를 출력할 수 있다.The
제 1 비교기(133)는 제 1 기준값(VHI)을 수신하는 양입력단(+)과 제 1 전압 측정기(131)의 출력값을 수신하는 음입력단(-)을 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 기준값(VHI)은 버스바(215)의 과전압 판정 레벨일 수 있다. 즉, 제 1 기준값(VHI)은 센싱 IC(120)에 입력되는 전압의 상한값 일 수 있다. The
제 2 비교기(134)는 제 2 전압 측정기(132)의 출력값을 수신하는 양입력단(+)과 제 2 기준값(VLO)을 수신하는 음입력단(-)을 포함할 수 있다. 제 2 기준값(VLO)는 버스바(215)의 역전압 판정 레벨일 수 있다. . 즉, 제 2 기준값(VLO)은 센싱 IC(120)에 입력되는 전압의 하한값 일 수 있다.The
논리 회로(135)는 제 1 비교기(133)의 출력값과 제 2 비교기(134)의 출력값을 NAND 연산하도록 구현될 수 있다.The
릴레이(136)는 논리 회로(135)의 출력값에 따라 제 1 입력핀(121)과 제 2 입력핀(122)을 전기적으로 연결하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 릴레이(136)는 포토 릴레이(photo relay)를 포함할 수 있다. 여기서 포토 릴레이는 포토모스 릴레이(photomos relay), 포토 커플러(photo coupler) 등으로 구현될 수 있다. 하지만, 본 발명의 릴레이의 구성이 포토 릴레이에 제한된다고 이해되지 않아야 할 것이다.The
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 버스바(215)의 비정상 결선 상황에서 센싱 IC(120) 보호를 위해 전압 측정기들(131, 132), 비교기들(133, 134), 릴레이(136) 등을 이용하여 버스바(215)에 비정상적인 범위의 전압이 인가되었을 경우 릴레이(136)를 턴 온 시킴으로써, 센싱 IC(120)에 입력되는 전압의 범위를 제한시킬 수 있다. 그 결과로써, 버스바(215)의 과전압/역전압으로부터 센싱 IC(120)이 보호될 수 있다.The
도 3은 도 2에 도시된 논리 회로(NAND, 135)의 출력 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다. 버스바(215)의 양단의 걸리는 전압이 정방향일 경우, 제 1 전압 측정기(U1; 131)을 통해 과전압이 측정될 수 있다. 버스바(215)의 양단에 걸리는 전압이 역방향일 경우, 제 2 전압 측정기(U2; 132))를 통해 역전압이 측정 될 수 있다. 예를 들어, 양단 전압이 3V일 경우 제 1 전압 측정기(U1; 131)을 통해 3V가 출력되고, 양단 전압이 -1V경우 제 2 전압 측정기(U2; 132)를 통해 1V가 출력될 수 있다.FIG. 3 is a diagram illustrating an output waveform of the
센싱 IC 입력 전압 범위를 고려하여, 비교기(133/134)의 기준값이 설정되어야 한다. 정방향 전압에 대한 상한값을 제 1 비교기(U3; 133)의 제 1 기준값(VHI)으로 설정되고, 역방향 전압에 대한 하한값을 제 2 비교기(U4; 134)의 제 2 기준값(VLO) 으로 설정될 수 있다. 즉, 센싱 IC 입력 전압을 벗어난 전압에 대해서는 논리 회로(NAND, 136)의 출력이 활성화 될 수 있다. 릴레이(136)가 턴-온 됨으로써, 버스바(215)와 릴레이(136)가 병렬 상태가 되고, 이에 따라 합성 저항값이 낮아질 수 있다. 버스바(215)의 양단에 걸리는 전압은 정상 범위 이내로 낮아 질 수 있다. 이로 인해, 과전압/역전압으로 인해 센싱 IC(130)가 소손 되는 것이 방지될 수 있다.In consideration of the sensing IC input voltage range, the reference value of the
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)의 버스바 과전압/역전압으로부터 센싱 IC 보호 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)의 동작 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다.4 is a diagram illustrating a method of protecting a sensing IC from busbar overvoltage / reverse voltage of the
차량의 시동(IG, ignition) 스위치가 온 될 수 있다(S110). 배터리 관리 시스템(BMS)가 턴 온 될 수 있다(S120). 전압 측정기들(U1, U2, 도 2 참조)을 통해 버스바(215)에 양단에 걸리는 양단 전압이 측정될 수 있다(S130). 측정된 양단 전압이 정상 범위를 벗어 났는지가 판별될 수 있다(S140). 만일, 버스바(215)의 양단 전압이 정상 범위를 벗어 났다면, 즉, 버스바(215)의 양단 전압이 입력 전압의 상한값(VHI) 이상이거나 버스바(215)의 양단 전압이 입력 전압의 하한값(VLO) 이하일 때, 버스바(215)가 과전압/역전압 상태라고 판별될 수 있다. 이때 전압 보호 회로(130)는 보호 회로 동작을 수행할 수 있다. 여기서 보호 회로 동작(130)은 릴레이(136)의 구동을 포함할 수 있다(S150).An ignition (IG) switch of the vehicle may be turned on (S110). The battery management system BMS may be turned on (S120). The voltage across both ends of the
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.The steps and / or actions according to the invention may occur simultaneously in different embodiments in different order, in parallel, or for other epochs, etc., as would be understood by one of ordinary skill in the art. Can be.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.In some embodiments, some or all of the steps and / or actions may be directed to instructions, programs, interactive data structures, clients, and / or servers stored on one or more non-transitory computer-readable media. At least some may be implemented or performed using one or more processors. One or more non-transitory computer-readable media may be illustratively software, firmware, hardware, and / or any combination thereof. In addition, the functionality of the "module" discussed herein may be implemented in software, firmware, hardware, and / or any combination thereof.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다. One or more non-transitory computer-readable media and / or means for implementing / performing one or more operations / steps / modules of embodiments of the present invention may be used in application-specific integrated circuits (ASICs), standard integrated circuits, A controller that performs appropriate instructions, including a microcontroller, and / or an embedded controller, field-programmable gate arrays (FPGAs), complex programmable logic devices (CPLDs), and the like. Does not.
한편, 도 1에 도시된 전압 보호 회로(130)는 센싱 IC(120)의 외부에 배치되었다. 하지만, 본 발명이 반드시 여기에 제한되지 않을 것이다. 본 발명의 전압 보호 회로는 센싱 IC 내부에 배치될 수도 있다.Meanwhile, the
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(1000)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 배터리 관리 시스템(1000)은, 복수의 센싱 IC들(1110, 1120, 1130) 및 BMC 제어기(1200)를 포함할 수 있다.5 is a diagram illustrating a
센싱 IC들(1110, 1120, 1130)의 각각은 배터리 팩의 직렬 연결된 적어도 2개의 배터리 셀들의 전압을 모니터링 하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 센싱 IC들(1110, 1120, 1130)의 각각은 모니터링 결과에 따른 고장 신호 여부를 발생할 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 센싱 IC들의 개수는 3이지만, 본 발명이 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.Each of the
실시 예에 있어서, 센싱 IC들(1110, 1120, 1130)은 서로 데이지-체인(daisy-chain) 방식으로 연결될 수 있다. 센싱 IC들(1110, 1120, 1130)의 각각은 배터리 셀의 전압이 사전에 결정된 값 이상일 때 고장 신호를 발생하도록 구현될 수 있다.In an embodiment, the
실시 예에 있어서, 센싱 IC들(1110, 1120, 1130)의 각각은 버스바의 과전압/역전압으로부터 센싱 IC 내부를 보호하기 위한 전압 보호 회로(1112, 1122, 1132)을 포함할 수 있다. 전압 보호 회로(1112, 1122, 1132)의 각각은 도 2에 도시된 전압 보호 회로(130)와 동일하게 구현될 수 있다.In some example embodiments, each of the
BMS 제어기(1200)는 배터리 관리 시스템(1000)의 전반적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. BMS 제어기(1200)는 센싱 IC들(1110, 1120, 1130)로부터 고장 신호를 수신하고, 배터리 충전 전압을 배터리 팩에 연결할 지 결정할 수 있다.The
마이컴(1220)은 마이컴은 BMS(1000)의 전체적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 마이컴(1220)은 마이크로콘트롤러(microcontroller, MCU)를 포함할 수 있다. The
Bus-Bar 양단 전압을 센싱하는 IC의 입력핀은 일반적으로 전압 범위가 한정적이게 되고, 한정된 전압 이상이 IC 입력단에 인가되면, IC가 소손 될 수 있다. 정상적인 BUS-BAR 연결 상태일 경우, 저항치가 낮으므로 전압 범위가 센싱 IC의 입력 전압 범위 이내이지만, BUS-BAR 연결 상태 불량, 단선 등의 고장상황에서는 센싱 IC 입력 전압 범위를 초과하는 전압이 센싱IC 입력단으로 인가되게 되고, 이로 인해서 센싱 IC가 소손 되는 현상이 발생한다. BUS-BAR의 비정상 결선 상황에서 센싱IC 보호를 위해 전압 측정기, 비교기, Relay등을 이용하여, 비정상적인 범위의 전압이 인가되었을 경우 Relay를 Turn On 시켜 센싱 IC에 입력되는 전압의 범위를 제한시켜, 센싱 IC를 보호한다.The input pin of the IC that senses the voltage across the bus-bar generally has a limited voltage range, and if more than a limited voltage is applied to the IC input terminal, the IC may be burned out. In the case of normal BUS-BAR connection, the resistance value is low, so the voltage range is within the input voltage range of the sensing IC.However, in the event of a failure such as a poor BUS-BAR connection or disconnection, the voltage exceeding the sensing IC input voltage range is the sensing IC. It is applied to the input terminal, which causes the sensing IC to burn out. In case of abnormal wiring of BUS-BAR, using voltage measuring device, comparator, relay, etc. to protect sensing IC, when the voltage of abnormal range is applied, relay is turned on to limit the range of voltage input to sensing IC. Protect the IC
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.On the other hand, the content of the present invention described above is only specific embodiments for carrying out the invention. The invention will include not only specific and practically available means per se, but also technical ideas as abstract and conceptual ideas that may be utilized in future technology.
100: 배터리 관리 시스템
110, 120: 센싱 IC
130: 전압 보호 회로
131, 132: 전압 검출기
133, 134: 비교기
135: 논리 회로
136: 릴레이100: battery management system
110, 120: sensing IC
130: voltage protection circuit
131, 132: voltage detector
133, 134: comparator
135: logic circuit
136: relay
Claims (14)
상기 버스바 및 상기 센싱 집적회로 사이에 병렬로 위치하여 상기 버스바의 양단 전압을 측정하고, 측정된 전압이 입력 전압 범위를 이내인지를 판별하고, 상기 측정된 전압이 제 1 기준값 이상이거나 제 2 기준값 이하인 경우에, 상기 측정된 전압을 상기 입력 전압 범위 내의 전압으로 변화시켜 상기 센싱 집적회로의 입력핀들로 출력하는 전압 보호 회로를 포함하는 배터리 관리 시스템.A sensing integrated circuit for monitoring a voltage of each of the battery cells connected to the busbar; And
Positioned in parallel between the busbar and the sensing integrated circuit to measure the voltage across the busbar, determine whether the measured voltage is within an input voltage range, and wherein the measured voltage is greater than or equal to a first reference value And a voltage protection circuit for changing the measured voltage to a voltage within the input voltage range when the reference value is less than the reference value, and outputting the voltage to the input pins of the sensing integrated circuit.
상기 측정된 전압이 상기 입력 전압 범위 이내일 때, 상기 전압 보호 회로는 상기 측정된 전압을 상기 입력핀들로 출력하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 1,
And the voltage protection circuit outputs the measured voltage to the input pins when the measured voltage is within the input voltage range.
상기 전압 보호회로는 상기 버스바에 병렬로 연결된 릴레이를 턴 온 시켜 상기 측정된 전압을 상기 입력 전압 범위 내의 전압으로 변화시키는 배터리 관리 시스템. The method of claim 1,
And the voltage protection circuit turns on a relay connected in parallel to the busbar to change the measured voltage to a voltage within the input voltage range.
상기 릴레이를 턴 온 시킴에 따라, 상기 버스바에 병렬의 저항이 연결됨으로써 상기 측정된 전압이 상기 입력 전압 범위 이내의 전압으로 낮아지는 배터리 관리 시스템. The method of claim 3, wherein
And turning on the relay, a parallel resistor is coupled to the busbar so that the measured voltage is lowered to a voltage within the input voltage range.
상기 전압 보호 회로는,
상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 제 1 전압 측정기;
상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 제 2 전압 측정기;
상기 제 1 전압 측정기의 출력값과 제 1 기준값을 비교하는 제 1 비교기;
상기 제 2 전압 측정기의 출력값과 제 2 기준값을 비교하는 제 2 비교기; 및
상기 제 1 비교기의 출력값과 상기 제 1 비교기의 출력값을 논리 연산하는 논리 회로를 포함하고,
상기 릴레이는 상기 논리 회로의 출력값에 따라 턴 온 되는 배터리 관리 시스템.The method of claim 3, wherein
The voltage protection circuit,
A first voltage meter for measuring a voltage across the busbar;
A second voltage meter for measuring a voltage across the busbar;
A first comparator for comparing an output value of the first voltage meter and a first reference value;
A second comparator for comparing an output value of the second voltage meter and a second reference value; And
A logic circuit for logically calculating an output value of the first comparator and an output value of the first comparator,
And the relay is turned on in accordance with an output value of the logic circuit.
상기 제 1 비교기는 상기 제 1 기준값을 수신하는 양입력단과 상기 제 1 전압 측정기의 출력값을 수신하는 음입력단을 포함하고,
상기 제 2 비교기는 상기 2 전압 측정기의 출력값을 수신하는 양입력단과 상기 제 2 기준값을 수신하는 음입력단을 포함하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 5,
The first comparator includes a positive input terminal for receiving the first reference value and a negative input terminal for receiving an output value of the first voltage meter.
The second comparator includes a positive input terminal for receiving an output value of the second voltage meter and a negative input terminal for receiving the second reference value.
상기 제 1 기준값은 과전압을 결정하는 기준값이고,
상기 제 2 기준값은 역전압을 결정하는 기준값인 배터리 관리 시스템.The method of claim 6,
The first reference value is a reference value for determining the overvoltage,
And the second reference value is a reference value for determining a reverse voltage.
상기 릴레이는 상기 논리 회로의 결과값에 따라 턴 온 되어 상기 센싱 집적회로의 입력핀들 사이를 연결하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 5,
And the relay is turned on according to a result of the logic circuit to connect between input pins of the sensing integrated circuit.
상기 논리 회로는 NAND 연산을 수행하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 5,
And the logic circuit performs a NAND operation.
버스바와 센싱 집적회로 사이에 병렬로 위치하여 상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 단계;
측정된 전압이 정상 범위를 벗어나는 지를 판별하는 단계; 및
상기 측정된 전압이 제 1 기준값 이상이거나 제 2 기준값 이하인 경우에, 상기 측정된 전압을 상기 정상 범위 내의 전압으로 변화시켜 상기 센싱 집적회로의 입력핀들로 출력하여 상기 센싱 집적회로에 대한 회로 보호 동작을 수행하는 단계를 포함하는 방법. In the operation method of the battery management system:
Measuring a voltage across the bus bar by placing the bus bar in parallel between the sensing integrated circuit;
Determining whether the measured voltage is out of the normal range; And
When the measured voltage is greater than or equal to the first reference value or less than or equal to the second reference value, the measured voltage is changed to a voltage within the normal range and output to the input pins of the sensing integrated circuit to perform a circuit protection operation for the sensing integrated circuit. A method comprising performing.
상기 정상 범위를 벗어나는 지를 판별하는 단계는,
상기 측정된 전압이 상기 제 1 기준값 이상 인지를 판별하는 단계; 및
상기 측정된 전압이 상기 제 2 기준값 이하 인지를 판별하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 10,
Determining whether it is out of the normal range,
Determining whether the measured voltage is greater than or equal to the first reference value; And
Determining whether the measured voltage is less than or equal to the second reference value.
상기 회로 보호 동작을 수행하는 단계는,
상기 버스바에 병렬로 연결된 릴레이를 턴 온 시켜 상기 측정된 전압을 상기 정상 범위 내의 전압으로 낮추는 것을 포함하는 방법.The method of claim 10,
Performing the circuit protection operation,
Turning on a relay connected in parallel to the busbar to lower the measured voltage to a voltage within the normal range.
상기 측정된 전압이 상기 정상 범위 이내이면, 상기 측정된 전압을 상기 센싱 집적회로의 입력핀들로 출력하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 10,
If the measured voltage is within the normal range, outputting the measured voltage to input pins of the sensing integrated circuit.
상기 측정된 전압이 상기 정상 범위를 벗어나지 않을 때 상기 버스바의 양단 전압을 측정하는 단계로 진입하는 방법.
The method of claim 10,
And measuring the voltage across the busbar when the measured voltage does not deviate from the normal range.
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