KR102044808B1

KR102044808B1 - Battery control system and driving method of the same

Info

Publication number: KR102044808B1
Application number: KR1020130041974A
Authority: KR
Inventors: 이종원
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: KR20140124470A

Abstract

본 발명은 복수의 커패시터가 직렬 연결되어 있는 배터리, 상기 커패시터의 전압을 밸런싱하는 밸런싱부, 그리고 상기 밸런싱부의 오동작 여부를 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 배터리 제어 시스템을 제공한다. 따라서, 셀 밸런싱 회로를 모니터링함으로써 밸런싱이 정확하게 진행되고 있는지 확인할 수 있으며, 모든 셀을 동시 또는 순차적으로 진단할 수 있다.The present invention provides a battery control system including a battery having a plurality of capacitors connected in series, a balancing unit for balancing the voltage of the capacitor, and a monitoring unit for monitoring whether the balancing unit is malfunctioning. Therefore, by monitoring the cell balancing circuit, it is possible to check whether the balancing is correctly performed, and diagnose all the cells simultaneously or sequentially.

Description

Battery control system and driving method thereof {Battery control system and driving method of the same}

본 발명은 배터리 제어 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 배터리 셀 밸런싱 기능을 가지는 제어 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to a battery control system. In particular, the present invention relates to a control system having a battery cell balancing function.

일반적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등 모터 구동용 배터리는 수 십킬로와트 정도의 대용량 전력을 발생하기 위해서는 수 십볼트(Volt), 수 백암페어(Ampere) 정도의 대용량 배터리가 필요한데, 이를 위해서는 단일 배터리 셀을 직렬로 연결하여 하나의 배터리 모듈을 형성하여 사용해야 한다. Generally, motor-driven batteries such as electric vehicles and hybrid electric vehicles require large-capacity batteries of several tens of volts and several hundred amperes to generate a large amount of power of tens of kilowatts. Must be connected in series to form one battery module.

상기 배터리 모듈은 배터리 셀간의 전압 불균형(unbalance)을 보정해야 하는데, 실제 사용할 기기에 배터리 모듈 시스템을 장착하여 기기의 부하특성을 여러가지로 인가하면서 최적의 보정 데이터를 산출한 후, 기기 내에 장착된 배터리 관리 시스템(BMS)에 저장하여 최적 상태로 배터리를 관리하여 기기를 동작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The battery module should correct voltage unbalance between battery cells. The battery module system is mounted on a device to be actually used to calculate optimum correction data while applying various load characteristics of the device, and then manage the battery installed in the device. It is desirable to store in the system (BMS) to manage the battery in the optimal state to operate the device.

전기자동차나 하이브리드 전기자동차에 장착되어 있는 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리의 여러 가지 상태를 모니터링하여, 배터리의 온도, 주변온도, 충전상태, 방전상태 등에 따라 배터리 보호를 위한 제어뿐만이 아니라 기기의 운전자(OPERATOR)에게 배터리 상태를 알려주고, 배터리를 적정상태로 운전하게 관리한다.The battery management system (BMS) installed in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle monitors various states of the battery, and not only controls the battery according to the battery's temperature, ambient temperature, charge state, and discharge state, but also the driver of the device. It informs (OPERATOR) the battery status and manages the battery to operate properly.

이러한 배터리관리시스템은 US2010/0074904에 개시된 바와 같이 각 배터리의 셀간 전압 불균형을 보정하기 위해 밸런싱을 수행하는 기능을 포함하고 있다.Such a battery management system includes a function of performing balancing to correct voltage unbalance between cells of each battery as disclosed in US2010 / 0074904.

그러나, 이러한 배터리의 셀간 밸런싱을 수행하는 소자의 모니터링은 이루어지지 않아 밸런싱이 정확하게 수행되는지 모니터링할 수 없는 문제가 있다.However, there is a problem in that monitoring of the device performing the inter-cell balancing of such a battery is not performed and it is not possible to monitor whether the balancing is performed correctly.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 셀 밸런싱 회로의 정상 동작 여부를 모니터링할 수 있는 배터리 제어 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a battery control system capable of monitoring the normal operation of the cell balancing circuit.

실시예는 복수의 커패시터가 직렬 연결되어 있는 배터리, 상기 커패시터의 전압을 밸런싱하는 밸런싱부, 그리고 상기 밸런싱부의 오동작 여부를 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 배터리 제어 시스템을 제공한다.The embodiment provides a battery control system including a battery in which a plurality of capacitors are connected in series, a balancing unit balancing the voltage of the capacitor, and a monitoring unit monitoring whether the balancing unit is malfunctioning.

실시예에 따르면, 셀 밸런싱 회로를 모니터링함으로써 밸런싱이 정확하게 진행되고 있는지 확인할 수 있으며, 모든 셀을 동시 또는 순차적으로 진단할 수 있다.According to an embodiment, by monitoring the cell balancing circuit, it is possible to check whether the balancing is correctly performed, and diagnose all the cells simultaneously or sequentially.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 배터리 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 배터리 제어 시스템 중 Cell 전압 측정부의 상세 회로도이다.
도 3은 도 2의 배터리 관리 시스템의 동작파형도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예인 배터리 관리 시스템의 상세 회로도이다.
도 5는 도 4의 배터리 관리 시스템의 동작파형도이다.1 is a block diagram of a battery control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of a cell voltage measuring unit of the battery control system of FIG. 1.
3 is an operation waveform diagram of the battery management system of FIG. 2.
4 is a detailed circuit diagram of a battery management system according to another embodiment of the present invention.
5 is an operation waveform diagram of the battery management system of FIG. 4.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. .

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, the terms “… unit”, “… unit”, “module”, etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.

이하 도 1 내지 도 3를 참고하여 본 발명의 일 실시예인 배터리 관리 시스템(100)에 대하여 설명한다.Hereinafter, a battery management system 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 배터리 제어 시스템(100)의 구성도이고, 도 2는 도 1의 배터리 제어 시스템(100)의 상세 회로도이며, 도 3은 도 2의 배터리 제어 시스템(100)의 동작파형도이다.1 is a configuration diagram of a battery control system 100 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the battery control system 100 of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of the battery control system 100 of FIG. 2. Operation waveform diagram.

본 발명에서 배터리 제어 시스템(100)은 배터리(10), 셀밸런싱부(20), 제어부(30) 및 모니터링부(200)를 포함한다.In the present invention, the battery control system 100 includes a battery 10, a cell balancing unit 20, a control unit 30, and a monitoring unit 200.

배터리(10)는 복수의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 있으며, 각 셀은 커패시터(C1-C10)로 구현된다.In the battery 10, a plurality of battery cells are connected in series, and each cell is implemented by capacitors C1-C10.

각각의 셀의 커패시터(C1-C10)는 동일한 크기를 가지며, 정전 용량 또한 동일할 수 있다.Capacitors C1-C10 of each cell have the same size, and the capacitance may also be the same.

본 실시예에서는 각각의 셀의 커패시터(C1-C10)가 3V 내지 5V의 전압을 충전할 수 있는 것으로 설명한다.In the present embodiment, it will be described that the capacitors C1-C10 of each cell can charge a voltage of 3V to 5V.

본 실시예에서는 배터리 셀을 이루는 n개의 커패시터(C1-C10)가 직렬로 연결되어 있으며, 일 예로 10개의 커패시터(C1-C10)가 연결되어 있는 것으로 도시하였으나 수효는 이에 한정되는 것은 아니다.In the present embodiment, n capacitors C1-C10 constituting the battery cell are connected in series, and as an example, 10 capacitors C1-C10 are connected, but the number is not limited thereto.

제어부(30)는 각각의 셀을 충전하고, 각 셀의 충전 전압을 측정하기 위하여 밸런싱부(20)를 제어한다.The controller 30 charges each cell and controls the balancing unit 20 to measure the charging voltage of each cell.

이러한 제어부(30)는 모니터링부(200)로부터 모니터링 정보를 수신할 수 있다.The controller 30 may receive monitoring information from the monitoring unit 200.

밸런싱부(20)는 각각의 커패시터(C1-C10)의 충전되어 있는 전압을 일정하게 유지하기 위하여 충전되어 있는 전압을 재분배한다.The balancing unit 20 redistributes the charged voltages to maintain the charged voltages of the capacitors C1-C10 at a constant level.

모니터링부(200)는 밸런싱부(20)의 정상 동작 여부를 판독하여 제어부(30) 또는 차량의 메인제어부(도시하지 않음)에 모니터링 정보를 제공한다.The monitoring unit 200 reads whether the balancing unit 20 operates normally and provides the monitoring information to the control unit 30 or the main control unit (not shown) of the vehicle.

이하에서는 도 2를 참고하여 밸런싱부(20)와 모니터링부(200)에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the balancing unit 20 and the monitoring unit 200 will be described in detail with reference to FIG. 2.

각각의 셀의 커패시터(C1-C10)는 충전 전압을 제공받도록 커패시터(C1-C10) 사이의 노드(n1-n10)가 제어부(30)와 각각 기준선(L1-L10)으로 연결되어 있으며, 각 노드(n1-n10)와 제어부(30) 사이에는 저항이 연결될 수 있다.In the capacitors C1-C10 of each cell, the nodes n1-n10 between the capacitors C1-C10 are connected to the control unit 30 by the reference lines L1-L10 so as to receive a charging voltage. A resistor may be connected between the n1-n10 and the controller 30.

이때, 상기 저항은 기준선(L1-L10)의 패턴에 의한 기생저항일 수 있다.In this case, the resistance may be a parasitic resistance due to the pattern of the reference lines L1 to L10.

밸런싱부(20)는 각각의 셀의 커패시터(C1-C10)와 병렬로 연결되며, 서로 직렬연결되어 있는 복수의 스위칭 소자(Q1-Q10)를 포함한다.The balancing unit 20 is connected in parallel with the capacitors C1-C10 of each cell, and includes a plurality of switching elements Q1-Q10 connected in series with each other.

각각의 스위칭 소자(Q1-Q10)는 도 2와 같이 트랜지스터일 수 있다.Each switching element Q1-Q10 may be a transistor as shown in FIG.

각각의 스위칭 소자(Q1-Q10)는 해당 커패시터(C1-C10)의 기준선(L1-L10)와 일단이 연결되고, 타단이 다이오드(D1-D10)와 연결되어 있다.Each of the switching elements Q1 to Q10 is connected to one end of the reference line L1 to L10 of the corresponding capacitor C1 to C10, and the other end thereof is connected to the diodes D1 to D10.

스위칭 소자(Q1-Q10)의 타단에 연결되는 다이오드(D1-D10)는 다음 커패시터(C1-C10)의 기준선(L1-L10)과 연결되어 있다.The diodes D1-D10 connected to the other ends of the switching elements Q1-Q10 are connected to the reference lines L1-L10 of the next capacitors C1-C10.

각 다이오드(D1-D10)는 모두 동일한 크기의 턴온 전압을 가지며, 본 발명에서는 다이오드(D1-D10)의 턴온 전압을 약 0.7V 내지 1V로 설정한다. Each diode D1-D10 has a turn-on voltage of the same magnitude, and in the present invention, the turn-on voltage of the diodes D1-D10 is set to about 0.7V to 1V.

즉, 각 커패시터(C1-C10)의 양 단에 병렬로 하나의 스위칭 소자(Q1-Q10)와 하나의 다이오드(D1-D10)가 직렬로 연결되어 있다.That is, one switching element Q1-Q10 and one diode D1-D10 are connected in series at both ends of each capacitor C1-C10.

이때, 각각의 스위칭 소자(Q1-Q10)와 노드(n1-n10) 사이에는 기생저항이 형성될 수 있다.In this case, a parasitic resistance may be formed between each of the switching elements Q1 to Q10 and the nodes n1 to n10.

스위칭 소자(Q1-Q10)는 제어부(30)와 제어선(G1-G10)으로 연결되어 있으며, 상기 제어선(G1-G10)은 상기 스위칭 소자(Q1-Q10)가 트랜지스터일 때, 상기 트랜지스터의 게이트와 연결되어 각각의 스위칭 소자(Q1-Q10)를 온오프하는 제어신호를 전송한다.The switching elements Q1-Q10 are connected to the control unit 30 by the control lines G1-G10, and the control lines G1-G10 are connected to the transistors when the switching elements Q1-Q10 are transistors. It is connected to the gate transmits a control signal for turning on and off each switching element (Q1-Q10).

상기 제어부(30)는 각각의 기준선(L1-L10)으로부터 커패시터(C1-C10)의 양 단의 전압을 읽어 커패시터(C1-C10)에 충전되어 있는 전압 값을 연산하고, 이를 밸런싱하기 위하여 각 스위칭 소자(Q1-Q10)의 온오프를 제어한다.The controller 30 reads voltages at both ends of the capacitors C1-C10 from the respective reference lines L1-L10, calculates voltage values charged in the capacitors C1-C10, and switches each of them in order to balance them. The on / off of the elements Q1-Q10 is controlled.

즉, 일부 커패시터(C1-C10)에 과전압이 걸리는 경우, 해당 커패시터(C1-C10)와 연결되어 있는 스위칭 소자(Q1-Q10)를 소정 시간 동안 턴온함으로써 상기 커패시터(C1-C10)에 충전되어 있는 전하를 다른 커패시터(C1-C10)에 충전하거나, 접지로 출력한다.That is, when overvoltage is applied to some of the capacitors C1-C10, the switching elements Q1-Q10 connected to the corresponding capacitors C1-C10 are turned on for a predetermined time, thereby being charged in the capacitors C1-C10. The charge is charged to another capacitor C1-C10 or output to ground.

이때, 상기 스위칭 소자(Q1-Q10)가 고장상태인 경우, 밸런싱이 진행되지 않는다.At this time, when the switching elements Q1 to Q10 are in a faulty state, the balancing does not proceed.

본 발명에서는 밸런싱 동작을 모니터링하여 배터리 밸런싱 스위칭 소자의 고장 정보를 수신할 수 있는 모니터링부(200)를 제공한다.The present invention provides a monitoring unit 200 that monitors a balancing operation to receive failure information of a battery balancing switching element.

모니터링부(200)는 각 셀에 대응하는 모니터링선(M1-M10)을 각각 포함하며, 각 모니터링선(M1-M10)은 각 스위칭 소자(Q1-Q10)의 앞단 또는 뒷단의 전압을 읽어모니터링제어부(210)로 전달한다.The monitoring unit 200 includes monitoring lines M1-M10 corresponding to each cell, and each monitoring line M1-M10 reads the voltage at the front or rear end of each switching element Q1-Q10. Forward to 210.

상세하게는, 제1 커패시터(C1)와 연결되는 제1 스위칭 소자(Q1)의 경우, 제1스위칭 소자(Q1)의 입력단의 전압을 읽는 제1 모니터링선(M1)이 형성되어 있다.In detail, in the case of the first switching element Q1 connected to the first capacitor C1, the first monitoring line M1 reading the voltage of the input terminal of the first switching element Q1 is formed.

제1 모니터링선(M1)과 제1 노드(n1) 사이에는 제1 저항(R11)이 형성될 수 있으나, 제1 저항(R11)은 기생저항일 수 있다.A first resistor R11 may be formed between the first monitoring line M1 and the first node n1, but the first resistor R11 may be a parasitic resistor.

제2 커패시터(C2) 및 그 이상의 서수의 커패시터(C3-C10)와 연결되는 스위칭 소자(Q2-Q10)의 경우, 커패시터(C2-C10)의 출력단과 접지 사이에 직렬 연결되어 있는 저항열(Rn1, Rn2:n은 2부터 10까지의 정수)을 포함하며, 저항열(Rn1, Rn2) 사이의 접점에 각 모니터링선(M2-M10)이 형성되어 있다.In the case of the switching elements Q2-Q10 connected to the second capacitor C2 and the more or less capacitors C3-C10, the resistor string Rn1 is connected in series between the output terminal of the capacitor C2-C10 and the ground. , Rn2: n includes an integer from 2 to 10), and each monitoring line M2-M10 is formed at a contact point between the resistor rows Rn1 and Rn2.

즉, 제2 커패시터(C2)와 연결되는 제2 스위칭 소자(Q2)의 출력단에는 제1 저항(R21)과 제2 저항(R22)이 직렬 연결되어 있으며, 제1 및 제2 저항(R21, R22) 사이에 제2 모니터링선(M2)이 연결되어 있다.That is, the first resistor R21 and the second resistor R22 are connected in series at the output terminal of the second switching element Q2 connected to the second capacitor C2, and the first and second resistors R21 and R22 are connected to each other. The second monitoring line M2 is connected between the lines.

이때, 제1과 제2 저항(R21, R22)의 저항비는 제2 모니터링선(M2)으로 3 내지 5V의 전압이 출력되도록 설정될 수 있다.In this case, the resistance ratio of the first and second resistors R21 and R22 may be set to output a voltage of 3 to 5V to the second monitoring line M2.

제3 내지 제10 모니터링선(M3-M10) 또한 제2 모니터링선(M2)과 동일한 연결 관계를 가지며, 제3 모니터링선(M3)부터는 제2 저항(Rk2: 이때, k는 3 내지 10의 정수)과 병렬로 제너 다이오드(Z)를 포함할 수 있다.The third to tenth monitoring lines M3-M10 also have the same connection relationship with the second monitoring line M2, and from the third monitoring line M3, the second resistor Rk2: where k is an integer of 3 to 10. ) May include a Zener diode (Z) in parallel.

제3 모니터링선(M3)과 연결되는 제1 및 제2 저항(R31, R32)의 저항비는 서수가 증가할수록 제1 저항(R31)의 크기를 키움으로써 제2 저항(R32)에 걸리는 전압값이 3V 내지 5V를 충족하도록 제어한다.The resistance ratios of the first and second resistors R31 and R32 connected to the third monitoring line M3 increase the magnitude of the first resistor R31 as the ordinal number increases, so that the voltage value applied to the second resistor R32 is increased. Control to meet this 3V to 5V.

이하에서는 도 3을 참고하여 본 발명의 모니터링 동작을 설명한다.Hereinafter, the monitoring operation of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

먼저, 제어부(30)는 셀 밸런싱을 진행하다가, 밸런싱이 정확하게 진행되는지 확인하기 위하여 모니터링 모드(T1)를 진행한다.First, the controller 30 proceeds with cell balancing and proceeds with a monitoring mode T1 to check whether balancing is performed correctly.

모니터링 모드(T1)가 진행되면, 제어부(30)는 모든 제어선(G1-G10)으로 턴온 신호를 출력하여 제1내지 제10 스위칭 소자(Q1-Q10)를 턴온한다.When the monitoring mode T1 is performed, the controller 30 outputs turn-on signals to all the control lines G1 -G10 to turn on the first to tenth switching elements Q1-Q10.

이때, 모니터링제어부(210)는 각 모니터링선(M1-M10)의 전압을 읽어 각 스위칭 소자(Q1-Q10)의 고장 여부를 판단한다.At this time, the monitoring controller 210 reads the voltages of the monitoring lines M1-M10 and determines whether the switching elements Q1-Q10 have failed.

더욱 상세하게, 제1 스위칭 소자(Q1)가 턴온되면, 제1 모니터링선(M1)은 제1 스위칭 소자(Q1)의 입력단의 전압을 읽는다.More specifically, when the first switching device Q1 is turned on, the first monitoring line M1 reads the voltage at the input terminal of the first switching device Q1.

제1 모니터링선(M1)의 전압은 제1 스위칭 소자(Q1)가 정상적으로 턴온 동작을 수행할 때, 제1 다이오드(D1)의 턴온 전압 레벨을 가진다.The voltage of the first monitoring line M1 has the turn-on voltage level of the first diode D1 when the first switching element Q1 normally performs the turn-on operation.

즉, 제1 모니터링선(M1)의 출력값이 0.7V 내지 1V를 충족하면, 정상 동작으로 판단한다. That is, when the output value of the first monitoring line M1 satisfies 0.7V to 1V, it is determined as normal operation.

그러나, 제1 스위칭 소자(Q1)가 턴온되지 않으면, 제1 모니터링선(M1)에 제1 노드(n1)의 전압이 인가되므로, 제1 모니터링선(M1)에 3V 내지 5V의 전압이 감지되면, 제1 스위칭 소자(Q1-Q10)가 고장난 것으로 판단한다.However, when the first switching element Q1 is not turned on, since the voltage of the first node n1 is applied to the first monitoring line M1, when a voltage of 3 V to 5 V is detected at the first monitoring line M1. It is determined that the first switching elements Q1 to Q10 have failed.

한편, 제2 스위칭 소자(Q2)가 정상적으로 턴온되면, 제2 스위칭 소자(Q2)의 출력단에는 제2 노드(n2)의 전압에 제2 다이오드(D2)의 턴온 전압만큼 더한 전압이 인가된다.Meanwhile, when the second switching element Q2 is normally turned on, a voltage obtained by adding the voltage of the second node n2 to the output terminal of the second switching element Q2 by the turn-on voltage of the second diode D2 is applied.

따라서, 제2 스위칭 소자(Q2)의 출력단 전압은 4 내지 6V를 충족하며, 제2 모니터링선(M2)은 제1 및 제2 저항(R21, R22)의 전압 분배에 따라 제2 저항(R22)에 걸리는 전압인 3 내지 4.5V의 전압을 읽어낸다.Accordingly, the output terminal voltage of the second switching element Q2 satisfies 4 to 6V, and the second monitoring line M2 has the second resistor R22 according to the voltage distribution of the first and second resistors R21 and R22. Read the voltage of 3 to 4.5V which is the voltage applied to.

따라서, 제2 스위칭 소자(Q2)가 정상 동작할 때, 3 내지 4.5V의 출력을 내고, 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴온되지 않으면, 접지전압을 출력하므로 제2 모니터링선(M2)의 전압이 하이일 때, 정상 동작으로, 로우일 때 비정상 동작으로 판단한다.Therefore, when the second switching element Q2 operates normally, when the second switching element Q2 outputs 3 to 4.5V and the second switching element Q2 is not turned on, the ground voltage is output, so that the voltage of the second monitoring line M2 is output. When it is high, it is determined that it is normal operation, and when it is low, it is abnormal operation.

제2 이후의 스위칭 소자(Q3-Q10)를 모니터링하는 회로의 동작은 제2 스위칭소자(Q2)와 동일하며, 정상 동작 시에 3 내지 5V를 하이로 정의하도록 제1 및 제2 저항(Rn1, Rn2:n은 3부터 10까지의 정수)의 비를 설정함으로써 각 모니터링선(M3-M10)의 레벨을 판독하는 것만으로 각 스위칭 소자(Q3-Q10)의 정상 동작 여부를 알 수 있다.The operation of the circuit for monitoring the second and subsequent switching elements Q3-Q10 is the same as that of the second switching element Q2, and the first and second resistors Rn1, By setting the ratio of Rn2: n is an integer from 3 to 10, it is possible to know whether the normal operation of each switching element Q3-Q10 is achieved only by reading the level of each monitoring line M3-M10.

모니터링제어부(210)는 각 모니터링선(M1-M10)의 전압레벨을 판독하여 적어도 하나의 스위칭 소자(Q1-Q10)가 오작동하는 것으로 판단되는 경우, 차량의 메인 제어부에 정보를 제공하여 알람할 수 있다.The monitoring controller 210 reads the voltage level of each monitoring line M1-M10, and when it is determined that at least one switching element Q1-Q10 is malfunctioning, the monitoring controller 210 can provide information to the main controller of the vehicle to alarm. have.

이와 같이, 모니터링 모드(T1)를 두어 모든 셀의 스위칭 소자(Q1-Q10)의 고장 여부를 동시에 판독할 수 있으므로 진단수행 속도가 매우 빠르고 정확하게 고장 여부를 알 수 있다.As described above, since the monitoring mode T1 can be read at the same time whether the switching elements Q1 to Q10 of all the cells have failed, the diagnostic execution speed is very fast and accurate.

이하에서는 도 4 및 도 5를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리제어 시스템(100)을 설명한다.Hereinafter, a battery control system 100 according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

다른 실시예에 따른 배터리 제어 시스템(100)은 도 1과 같이 배터리(10), 밸런싱부(20), 모니터링부(200) 및 제어부(30)를 포함한다.The battery control system 100 according to another embodiment includes a battery 10, a balancing unit 20, a monitoring unit 200, and a control unit 30 as shown in FIG. 1.

배터리(10), 밸런싱부(20) 및 제어부(30)의 구성은 도 1과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다. Since the configuration of the battery 10, the balancing unit 20, and the control unit 30 is the same as that of FIG. 1, a description thereof will be omitted.

모니터링부(200)는 각 스위칭 소자(Q1-Q10)의 앞단 또는 뒷단의 전압을 읽어들인다.The monitoring unit 200 reads the voltage at the front end or the rear end of each switching element Q1-Q10.

제1 모니터링선(M1)과 제1 노드(n1) 사이에는 제1 저항(R1)이 형성될 수 있으나, 제1 저항(R1)은 기생저항일 수 있다.A first resistor R1 may be formed between the first monitoring line M1 and the first node n1, but the first resistor R1 may be a parasitic resistor.

제2 커패시터(C2) 및 그 이상의 서수의 커패시터(C3-C10)의 경우, 각 스위칭 소자(Q2-Q10)의 고장을 판독하는 하나의 모니터링 스위치(QM)를 포함한다.In the case of the second capacitor C2 and the more ordinal capacitors C3-C10, one monitoring switch QM reads a failure of each switching element Q2-Q10.

상기 모니터링 스위치(QM)는 게이트가 각 스위칭 소자(Q1-Q10)의 출력단과 동시에 연결되어 있으며, 입력단이 각 스위칭 소자(Q1-Q10)의 입력단과 동시에 연결되어 있다.In the monitoring switch QM, a gate is simultaneously connected to an output terminal of each switching element Q1 to Q10, and an input terminal is simultaneously connected to an input terminal of each switching element Q1 to Q10.

이때, 모니터링 스위치(QM)의 게이트와 연결되는 게이트선(MG) 및 입력단과 연결되는 입력선(MI)이 복수의 스위칭 소자(Q2-Q10)를 가로질러 형성되어 있다.In this case, the gate line MG connected to the gate of the monitoring switch QM and the input line MI connected to the input terminal are formed across the plurality of switching elements Q2-Q10.

게이트선(MG)과 각 스위칭 소자(Q2-Q10)의 출력단 사이에는 입력 다이오드(DI) 및 입력 저항(RI)이 직렬 연결되어 있다.An input diode DI and an input resistor RI are connected in series between the gate line MG and the output terminal of each switching element Q2-Q10.

입력선(MI)과 각 스위칭 소자(Q2-Q10)의 입력 사이에는 출력 다이오드(DO) 및 출력 저항(RO)이 직렬 연결되어 있다.An output diode DO and an output resistor RO are connected in series between the input line MI and the inputs of the respective switching elements Q2-Q10.

이때, 모니터링 스위치(QM)의 출력단에는 모니터링 저항(RM)과 제너 다이오드(Z)가 병렬로 연결되어 있다.In this case, the monitoring resistor RM and the zener diode Z are connected in parallel to the output terminal of the monitoring switch QM.

도 5를 참고하여, 동작을 설명한다.Referring to Figure 5, the operation will be described.

먼저, 모니터링 모드(MT)가 시작되면, 제어부(30)는 밸런싱을 정지하고, 각 스위칭 소자(Q1-Q10)를 순차적으로 턴온한다.First, when the monitoring mode MT is started, the controller 30 stops balancing and sequentially turns on each switching element Q1-Q10.

즉, 제1 스위칭 소자(Q1)가 턴온되면, 그에 따라 모니터링제어부(210)는 제1 모니터링선(M1)의 출력을 읽어낸다.That is, when the first switching device Q1 is turned on, the monitoring controller 210 reads the output of the first monitoring line M1 accordingly.

제1 모니터링선(M1)의 출력에 대한 정보는 도 5와 같이 하이일 때, 고장 동작이며, 로우일 때 정상 동작으로 판독한다.The information on the output of the first monitoring line M1 is a fault operation when it is high as shown in FIG. 5, and is read as a normal operation when it is low.

다음으로, 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴온되면, 제2 스위칭 소자(Q2)의 출력단에 제1 노드(n1) 전압에 제2 다이오드(D2)의 턴온 전압을 더한 전압인 4V 내지 6V가 인가되며, 이에 입력 다이오드(DI)에서 턴온 전압만큼 전압 강하가 발생하여 다시 3V 내지 5V의 전압이 게이트선(MG)에 인가된다.Next, when the second switching element Q2 is turned on, 4V to 6V, which is a voltage obtained by adding the turn-on voltage of the second diode D2 to the output terminal of the second switching element Q2, is applied. As a result, a voltage drop occurs by the turn-on voltage of the input diode DI, and a voltage of 3 V to 5 V is again applied to the gate line MG.

따라서, 모니터링 스위치(QM)는 3V 내지 5V의 전압을 받아 턴온되며, 입력선(MI)의 전류를 출력단(Md)으로 흘린다. Accordingly, the monitoring switch QM is turned on in response to a voltage of 3V to 5V, and flows a current of the input line MI to the output terminal Md.

이와 같이 해당 스위칭 소자(Q1-Q10)가 턴온될 때, 모니터링 스위치(QM)가 동시에 턴온되되어 출력단(Md)으로 전류가 흘러 하이로 인식되면, 해당 스위칭 소자(Q1-Q10)가 정상 동작하는 것으로 판단하고, 모니터링 스위치(QM)가 턴온되지 않으면, 로우로 인식하여 고장 동작하는 것으로 판독한다.When the switching elements Q1 to Q10 are turned on as described above, when the monitoring switch QM is turned on at the same time and current flows to the output terminal Md, the switching elements Q1 to Q10 operate normally. If it is determined that the monitoring switch QM is not turned on, it is regarded as low and read as a malfunction.

이때, 입력 저항(RI) 값은 게이트선(MG)에 인가되는 전압이 모니터링 스위치(QM)의 턴온 전압 레벨을 유지하도록 적당한 크기로 설정될 수 있다.In this case, the value of the input resistance RI may be set to an appropriate size such that the voltage applied to the gate line MG maintains the turn-on voltage level of the monitoring switch QM.

다음으로, 제3 내지 제10 스위칭 소자(Q3-Q10)을 순차적으로 턴온하면서, 각 스위칭 소자(Q3-Q10)가 턴온될 때마다 모니터링 스위치(MG)가 턴온되는지 여부를 판단한다. 이와 같이 다른 실시예에 따른 모니터링 회로는 스위칭 소자(Q1-Q10)를 순차적으로 턴온하면서 하나의 모니터링 스위치의 턴온 여부에 따라 해당 스위칭 소자의 정상 동작 여부를 판독할 수 있다.Next, while sequentially turning on the third to tenth switching elements Q3-Q10, it is determined whether the monitoring switch MG is turned on each time the switching elements Q3-Q10 are turned on. As described above, the monitoring circuit according to another embodiment may sequentially turn on the switching elements Q1 to Q10 and read whether the corresponding switching element is normally operated according to whether one monitoring switch is turned on.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only through the apparatus and the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. Implementation may be easily implemented by those skilled in the art from the description of the above-described embodiments.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

100 : 배터리 관리 시스템
10: 배터리
20: 밸런싱부
30 : 제어부
200: 모니터링부100: battery management system
10: battery
20: balancing part
30: control unit
200: monitoring unit

Claims

A battery in which a plurality of capacitors are connected in series;
A balancing unit including a plurality of switching elements connected in parallel with the capacitor to distribute the voltage of the capacitor and a diode connected in series with the switching element;
A monitoring unit including a circuit unit for sensing a voltage value of an input or an output of the switching element; And
A control unit for sensing a voltage across the capacitor and controlling on / off of each switching element to control a voltage value charged in the capacitor,
The plurality of capacitors include first to nth capacitors connected in series,
The plurality of switching elements include first to nth switching elements connected to each of the first to nth capacitors,
The monitoring unit includes first to nth monitoring lines respectively corresponding to the first to nth capacitors,
The monitoring unit includes a monitoring control unit for determining the failure of the first switching device by sensing the input of the first switching device connected to the first capacitor connected to the ground,
The monitoring unit may include: a first resistor string connected to an input terminal of the first switching element connected to the first capacitor; And a second to nth resistor string connected to an output terminal of the second to nth switching elements respectively connected to the second to nth capacitors to distribute the voltage of the output terminal.
Each of the second to nth resistor strings includes first and second sub resistors,
Each of the second to nth monitoring lines is formed at a contact point of each of the first and second sub-resistors,
The first monitoring line senses a voltage at an input terminal of the first switching element,
Each of the second to nth monitoring lines senses a voltage at an output terminal of each of the second to nth switching elements,
The resistance ratios of the first and second sub-resistors of each of the second to nth resistor strings are set to different resistance ratios such that the monitoring unit reads a constant voltage.
The resistance ratio of the third to nth resistor columns is increased in magnitude as the first sub resistor increases as the ordinal number of the resistor rows increases,
The first switching device of the first capacitor is determined to be normal operation when the monitoring information is low, and the switching device of each of the second to nth capacitors is determined to be normal operation when the monitoring information is high. Control system.

The method of claim 1,
And a Zener diode connected in parallel with the second sub resistor from the third monitoring line.

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The method of claim 1,
And the monitoring unit simultaneously turns on a plurality of the switching elements in a monitoring mode and simultaneously receives respective monitoring information.

The method of claim 1,
The monitoring unit sequentially turns on the plurality of switching elements in a monitoring mode to sequentially receive respective monitoring information, and is simultaneously connected with a resistance string of the switching element connected to the nth capacitor to be turned on and off according to the operation of the switching element. A battery control system further comprising a monitoring switch.

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