KR101508876B1 - 배터리 관리 장치 및 그 방법 - Google Patents

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안창덕
양태규
서민배
장우영
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안창덕
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Abstract

본 발명은 다수의 배터리 셀이 직렬 연결된 배터리 팩에 있어서, 개별 배터리 셀의 상태를 파악하여 개별 배터리 셀의 셀밸런싱을 제어하는 배터리 관리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 배터리 관리 장치는, 다수 개의 배터리 셀이 직렬 연결된 적어도 하나 이상의 배터리 팩; 상기 다수의 배터리 셀의 개별 셀밸런싱을 수행하는 셀밸런싱부; 상기 배터리 팩의 전체 전압 및 상기 다수 개의 배터리 셀을 개별적으로 선택하여 개별 배터리 셀의 전압을 각각 검출하는 전압검출부; 및 검출된 배터리 팩의 전체 전압을 이용해 구한 전체 전류 적산량으로 기준전압을 산출하고, 산출한 기준전압과 검출된 개별 배터리 셀의 전압을 비교하여 상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀의 셀밸런싱을 수행하도록 상기 셀밸런싱부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 그 방법{Apparutus for battery management and driving method thereof}
본 발명은 배터리 관리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 배터리 셀이 직렬 연결된 배터리 팩에 있어서, 개별 배터리 셀의 상태를 파악하여 개별 배터리 셀의 셀밸런싱을 제어하는 배터리 관리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
배터리 관련 기술은 크게 제작기술과 제어기술로 구분되고, 제어기술은 적용대상의 배터리 용량, 용도에 따라 PCM(Protection circuit module), SM(Smart module), BMS(Battery management system)으로 나뉜다.
일반적으로 큰 용량의 배터리를 제작하기 위해 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용하는 경우가 많다. 이 경우 배터리를 사용하면서 충방전이 반복됨에 따라 배터리 셀간 전압차가 커지면서 불평형이 생기는 경향이 있다. 이러한 경우 일부의 열화 배터리 셀에 의하여 전체 배터리의 수명이 단축되고, 심지어는 화재나 폭발의 위험성도 증가하게 된다. 배터리 제어기술 중 BMS는 각 배터리 셀의 전류, 전압, 온도 및 잔존용량 상태를 감시하며 이상 상태를 발견하는 경우 경보 또는 전원을 차단하는 기능을 수행한다. 이러한 BMS는, 과충전(과충전 전압 및 과충전 전류), 과방전(과방전 전압 및 과방전 전류), 용량의 변동이 생긴 배터리 셀(이하, 열등 배터리 셀이라 함), 배터리 온도를 제어하는 것에 중점을 두고 있다.
특히, 열등 배터리 셀은, 다른 배터리 셀보다 빠른 방전과 빠른 충전을 특징으로 하는데, 이는 다른 배터리 셀들과 용량이 달라져 있다는 것을 의미하며, 이러한 열등 배터리 셀은 배터리 팩의 충전 및 방전에 있어서 큰 문제점이 있다.
예를 들어, 방전의 경우, 방전시 다른 배터리 셀 보다 열등 배터리 셀이 가장 먼저 방전되어 과방전 기준전압에 도달하게 되지만, 전체 배터리 팩은 방전이 가능한 상태이므로 계속해서 방전을 하게 된다. 이에 따라 열등 배터리 셀은 과방전 기준전압 이하로 계속 떨어지려고 하고, 다른 배터리 셀은 이를 보완하기 위해 원래 정상동작의 전류보다 많은 전류를 방전하게 된다. 이러한 과정을 반복하다 보면 전체 배터리 팩의 수명이 짧아지며 심한 경우 열이 발생하여 화제, 폭발 사고가 발생할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 충전의 경우, 충전시 다른 배터리 셀 보다 열등 배터리 셀이 가장 먼저 충전되어 과충전 기준전압에 도달한 상태이지만, 전체 배터리 팩의 충전이 계속해서 이루어지므로, 열등 배터리 셀은 과충전 상태에 이르게 되고 전체 배터리 팩의 수명 단축과 열의 발생으로 폭발 및 화재가 발생할 수 있다.
이러한 열등 배터리 셀의 빠른 충전 및 빠른 방전에 의한 과충전 및 과방전이 반복되는 경우 전체 배터리 팩의 수명을 계속해서 단축시킬 뿐만 아니라 성능을 크게 떨어뜨리는 문제점이 발생한다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1에 의해 생산된 배터리 셀은 열등 배터리 셀이 발생 될 가능성이 있고 따라서 열등 배터리 셀에 의하여 전체 배터리 팩의 수명을 단축시키거나 성능을 크게 떨어뜨리는 문제가 여전히 존재한다.
1.한국등록특허 제10-0821887
상술한 문제점을 개선하기 위해 본 발명은, 열등 배터리 셀의 제어를 통해 전체 배터리 팩의 안정성을 확보할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은, 배터리 팩의 전체 제어와 함께 개별 배터리 셀의 제어를 수행하는데, 특히, 열등 배터리 셀의 셀밸런싱을 제어하여 배터리의 과충전을 제어할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 다수 개의 배터리 셀이 직렬 연결된 적어도 하나 이상의 배터리 팩; 상기 다수의 배터리 셀의 개별 셀밸런싱을 수행하는 셀밸런싱부; 상기 배터리 팩의 전체 전압 및 상기 다수 개의 배터리 셀을 개별적으로 선택하여 개별 배터리 셀의 전압을 각각 검출하는 전압검출부; 및 검출된 배터리 팩의 전체 전압을 이용해 구한 전체 전류 적산량으로 기준전압을 산출하고, 산출한 기준전압과 검출된 개별 배터리 셀의 전압을 비교하여 상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀의 셀밸런싱을 수행하도록 상기 셀밸런싱부를 제어하는 제어부;를 포함하는 배터리 관리 장치를 제공할 수 있다.
한편, 상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 다른 실시 형태는, 다수 개의 배터리 셀을 구비한 배터리 팩의 배터리 관리 방법에 있어서, 상기 배터리 팩의 충전이 개시되면, 상기 배터리 팩의 전체 전류 적산량을 산출하는 1단계; 산출된 전체 전류 적산량을 이용해 기준전압을 구하는 2단계; 개별 배터리 셀을 선택하여 개별 배터리 셀 각각의 전압을 검출하는 3단계; 상기 기준전압과 검출한 개별 배터리 셀의 전압을 비교하는 4단계; 및 상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀에 대한 셀밸런싱을 제어하는 5단계;를 포함하는 배터리 관리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 개별 배터리 셀의 용량 상태를 고려하여 각 배터리 셀의 충전전류를 제어함으로써 열등 배터리 셀의 과전류 충전 및 과전압 충전을 방지하여 셀밸런싱의 안정성을 높여 충전 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전체 배터리의 안전성을 확보하여 배터리 수명 단축 및 화재, 폭발 등에 의한 위험을 방지할 수 있으며 개별 셀밸런싱을 수행하는 구조가 간단하므로 시스템 설치 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 관리 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시된 셀밸런싱부의 일 실시예에 따른 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 1에 도시된 제어부의 일 실시예에 따른 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 1에 도시된 제어부에서 생성한 제어신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
본 발명은, 배터리의 적산량을 산출하여 기준전압을 구하고, 배터리 셀의 각 전압을 특정하여 상기 기준전압과 비교를 통해 열등 배터리 셀을 확인한 후, 확인된 열등 배터리 셀을 패시브 방식으로 셀밸런싱하여 개별 배터리 셀의 충전전류를 변화시킴으로써 열등 배터리 셀에 적합한 충전전류를 인가할 수 있도록 하는 배터리 관리 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 관리 장치(2)의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(2)는, 다수의 개별 배터리 셀(Battery Cell)로 이루어진 배터리 팩(Battery Pack)(1)의 충전 및 방전을 관리하는 장치로서, 충전부(21), 셀밸런싱부(22), 전압검출부(23) 및 제어부(24)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 배터리 팩(1)은 적어도 하나 이상일 수 있으며, 다수의 배터리 팩이 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈(Battery module)을 구성할 수 있다. 이때, 배터리 관리 장치(2)는 각 배터리 모듈의 충전 및 방전을 관리할 뿐만 아니라 각 배터리 팩의 충전 및 방전을 관리할 수 있다.
구체적으로, 충전부(21)는, 전원부 또는 발전기(미도시)에서 공급되는 전력에 대해 일정량의 전류를 유지하여 배터리 팩(1)에 공급되도록 충전단자를 형성하여 배터리 팩(1)을 충전할 수 있다.
그리고, 셀밸런싱부(22)는, 패시브 방식으로 구성되며, 열등 배터리 셀의 충전전류를 방전시킬 수 있다. 여기서, 패시브 방식은 스위치와 저항을 포함하여 구성되며 저항으로 특정 배터리 셀의 전류를 통전시켜 배터리 전압을 낮추거나 충전되는 전류를 방전하여 소모시키는 방식이다. 이러한 패시브 방식은 액티브 방식보다 구조가 간단하여 시스템 설치 비용이 적게 드는 장점이 있다.
이러한 셀밸런싱부(22)는, 제어부(24)의 제어신호에 따라 개별 배터리 셀에 대한 개별 셀밸런싱을 수행할 수 있다. 예를 들어, 셀밸런싱부(22)는, 제어부(24)의 제어신호에 따라 다수 개의 배터리 셀 중 확인된 열등 배터리 셀의 충전전류를 방전시킬 수 있다.
그리고, 전압검출부(23)는, 다수 개의 배터리 셀의 양단에 각각 연결되어 배터리 셀 각각의 전압을 개별적으로 선택하여 검출할 수 있다. 이때, 전압검출부(23)는 직렬로 연결된 다수 개의 배터리 셀을 개별적으로 선택하는 멀티플렉서(MUX)로 구현될 수 있다. 또한, 전압검출부(23)는, 배터리 팩(1)의 전체 전압을 검출할 수 있다.
그리고, 제어부(24)는, 배터리 팩의 전체 전압을 이용해 전체 전류 적산량을 산출하고, 산출된 전체 전류 적산량으로 기준전압을 구하고, 구한 기준전압과 개별 배터리 셀의 전압을 비교하여 상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀(이하, 열등 배터리 셀이라 함)의 셀밸런싱을 수행하도록 셀밸런싱부(22)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(24)는, 배터리 팩의 전체 전압 및 개별 배터리 셀의 전압을 검출하도록 전압검출부(23)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(24)는, 기준전압보다 큰 전압을 갖는 열등 배터리 셀의 충전전류를 방전하는 방전시간을 제어하는 제어신호를 생성하여 셀밸런싱부(22)의 셀밸런싱을 제어할 수 있다. 여기서, 제어신호는 방전시간을 제어하기 위한 펄스 신호이며, 열등 배터리 셀의 용량에 따라 방전시간이 조절될 수 있다.
또한, 제어부(24)는, 개별 배터리 셀 간의 셀밸런싱 수행을 통해 배터리 팩을 만충전시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 개별 배터리 셀의 실시간 전압 측정을 통해 개별 배터리 셀의 전압을 획득한 후, 전체 전류 적산량으로 산출한 기준전압과의 비교를 통해 다수 개의 배터리 셀 중 기준전압 이상인 열등 배터리 셀을 확인하고, 열등 배터리 셀에 충전되는 전류를 방전되도록 셀밸런싱함으로써 열등 배터리 셀에 적합한 충전전류를 인가할 수 있다.
도 2는, 도 1에 도시된 셀밸런싱부(22)의 일 실시예에 따른 회로를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 셀밸런싱부(22)는, 다수의 배터리 셀 각각의 양단에 각각 연결되어 배터리 셀을 개별 방전시키는 셀밸런싱을 수행한다. 즉, 셀밸런싱부(22)는 열등 배터리 셀로 확인된 배터리 셀의 방전을 수행하며, 열등 배터리 셀의 용량에 따라 방전시간이 조절될 수 있다.
이러한 셀밸런싱부(22)는, 다수의 스위칭 소자와 다수의 저항을 포함할 수 있으며, 하나의 스위칭 소자(221) 및 저항(222)이 하나의 배터리 셀(11)과 병렬 연결되며, 개별 배터리 셀 각각은 동일한 구조의 셀밸런싱 회로가 구성될 수 있다. 즉, 배터리 셀 각각은 하나의 스위칭 소자와 하나의 저항이 병렬 연결된 회로 구성을 가질 수 있으며, 이를 통해 특정 배터리 셀의 충전전류를 저항으로 인가하여 방전시키는 개별 셀밸런싱이 수행될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 셀밸런싱부(22)는 콘덴서, 인덕터, 트랜스 등의 소자가 불필요하여 회로가 간단하여 전체 시스템의 비용을 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 셀밸런싱부(22)의 셀밸런싱 동작을 설명하면, 셀밸런싱부(22)는, 제어부(24)의 제어신호에 따라 열등 배터리 셀에 연결된 스위칭 소자를 턴온시키며, 열등 배터리 셀의 충전전류의 일부가 병렬 연결된 저항으로 유입되도록 하여 방전시킬 수 있다. 여기서, 제어신호는 제어부(24)에서 열등 배터리 셀의 용량에 따라 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 시간이 설정된 펄스 신호이다.
이후, 셀밸런싱부(22)는, 제어부의 제어신호에 따라 스위치 소자를 턴오프시키며, 열등 배터리 셀의 충전전류에 대한 방전을 중지시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치의 셀밸런싱부(22), 충전용량의 변동이 생긴 열등 배터리 셀에 적합하게 설정된 펄스 신호에 따라 셀밸런싱을 수행함으로써 열등 배터리 셀이 다른 정상 배터리 셀들과 동일하게 사용할 수 있도록 충전을 제어할 수 있다.
도 3은, 도 1에 도시된 제어부(24)의 일 실시예에 따른 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제어부(24)는, 충전부(21)에서 정전류(constant current)로 충전을 시작하면, 제어부(24)는, 전체 배터리 팩의 전압 및 전류와, 각 셀의 전압을 실시간으로 측정하고, 배터리 팩의 전체 전압으로 현재 충전 상태의 적산량을 구하고, 충전 전류를 측정하여 전체 전류 적산량을 구할 수 있다.
이를 위해 제어부(24)는, 전압검출부(23)에서 검출된 배터리 팩의 전체 전압을 이용해 현재 충전 상태의 전류 적산량을 산출하고, 배터리 팩의 충전 전류와 상기 충전 전류가 인가되는 시간으로 배터리 팩의 전체 전류 적산량을 산출하는 적산량 산출부(241)와, 산출된 전체 전류 적산량에 기반하여 기준전압을 구하는 기준전압 산출부(242)와, 산출된 기준전압과 검출된 개별 배터리 셀의 전압을 비교하는 비교부(243)와, 기준전압보다 큰 전압을 갖는 열등 배터리 셀과 연결된 저항을 통한 전류의 방전시간을 제어하는 제어신호를 생성하여 셀밸런싱부를 제어하는 셀밸런싱 제어부(244)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 적산량 산출부(241)는, 전압검출부(23)에서 검출된 배터리 팩의 전체 전압을 입력받고, 검출된 배터리 팩의 전체 전압을 이용해 현재 충전상태의 전류 적산량을 산출한다. 여기서, 현재 충전상태 전류 적산량은 미리 저장된 전체 전압-충전 적산량 간 매칭 테이블로부터 측정한 배터리 팩의 전체 전압을 찾는 것에 의해 상기 전체 전압에 해당하는 전류 적산량을 산출할 수 있다.
또한, 적산량 산출부(241)는, 배터리 팩의 충전 전류 및 충전 시간을 측정하고, 측정한 충전 전류 및 충전 시간과 산출한 현재 충전상태의 전류 적산량을 이용해 배터리 팩의 전체 전류 적산량을 산출한다. 여기서, 전체 전류 적산량은, 하기 수학식 1을 이용해 연산되는 것에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112014033895917-pat00001
그리고, 기준전압 산출부(242)는, 산출한 전체 전류 적산량을 이용해 기준전압을 산출한다. 여기서, 기준전압은, 미리 저장된 전체 전류 적산량-기준 전압 간 매칭 테이블로부터 산출된 전체 전류 적산량을 찾아 해당하는 기준 전압을 추출하는 것에 의해 산출될 수 있다.
그리고, 비교부(243)는, 전압검출부(23)에서 검출된 배터리 팩의 개별 배터리 셀 각각의 전압을 입력받고, 검출된 개별 배터리 셀의 측정 전압과 산출한 기준 전압을 비교하여 열등 배터리 셀 여부를 확인한다.
그리고, 셀밸런싱 제어부(244)는, 비교부(243)에서 열등 배터리 셀이 확인되면, 확인된 열등 배터리 셀에 대한 셀밸런싱을 수행하도록 셀밸런싱부(22)를 제어한다.
즉, 셀밸런싱 제어부(244)는, 열등 배터리 셀의 용량에 따라 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 시간을 설정한 펄스 신호를 셀밸런싱 제어신호로 생성하고, 생성한 제어신호를 통해 셀밸렁싱부(22)를 제어할 수 있다.
이와 같이 셀밸런싱 제어부(244)는 배터리 셀 각각에 대한 열등 배터리 셀 여부를 확인함으로써 열등 배터리 셀에 대한 충전전류의 일부를 펄스 신호에 따라 설정된 방전시간만큼 저항으로 방전시키는 것에 의해 개별 셀밸런싱을 수행할 수 있다.
도 4는, 도 1에 도시된 제어부에서 생성한 제어신호를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 개별 배터리 셀의 기준 충전전류 도달 시간, (b)는 (a)에 따라 생성된 제어신호를 각각 나타낸다.
본 발명에 있어서, 충전되는 배터리 팩의 전체 전류 적산량이 변함에 따라 기준전압이 변하고, 열등 배터리 셀의 전압이 변함에 따라 방전되는 충전전류를 조정할 필요가 있다. 이러한 방전되는 충전전류의 조정은 저항에 충전전류를 방전시키는 시간에 의해 이루어지게 된다.
도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 기준 충전전류(붉은 점선)가 설정되어 있고 배터리 셀에 충전된 충전전류가 기준 충전전류를 만족하면 배터리 셀에 인가되는 충전전류의 일부를 펄스 신호의 제어신호에 의해 저항으로 방전시켜 배터리 셀에 충전되는 전류를 줄일 수 있다.
이와 같이 열등 배터리 셀이 발생하여 배터리의 전체 충전 용량이 줄어든 만큼 전류를 제어하여 배터리 셀에 충전함으로써 열등 배터리 셀의 과전류 충전 및 과전압 충전을 방지할 수 있고 전체 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱이 이루어질 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 충전부에서 정전류로 충전을 개시하면(S501), 전압검출부에서 배터리 팩의 전체 전압을 검출하고, 제어부에서, 검출한 배터리 팩의 전체 전압을 이용해 현재 충전상태의 전류 적산량을 산출한다(S502).
그런 다음, 제어부에서, 산출한 현재 충전상태의 전류 적산량과 배터리 팩의 충전전류와 상기 충전전류가 흐르는 시간을 이용해 배터리 팩의 전체 전류 적산량을 산출한다(S503). 즉, 배터리 팩의 전체 전류 적산량은 수학식 1을 통해 구해진다.
이어서, 제어부에서, 산출한 배터리 팩의 전체 전류 적산량을 이용해 기준전압을 산출한다(S504). 여기서, 기준전압은 미리 저장된 전체 전류 적산량-기준 전압값 매칭 테이블을 이용하여 구할 수 있다.
그런 다음, 전압검출부에서, 개별 배터리 셀 각각의 전압을 실시간으로 검출한다(S505).
이어서, 제어부에서, 검출한 개별 배터리 셀의 전압과 기준전압을 비교하고(S506), 검출한 배터리 셀의 전압이 기준전압 이상이면 열등 배터리 셀로 판단하고, 열등 배터리 셀에 연결된 저항으로 전류를 인가하는 인가시간의 폭을 설정하여 제어신호를 생성한다(S507). 즉, 검출한 배터리 셀의 전압이 기준전압 이상이라는 것은 과충전되었다는 의미이며 해당 배터리 셀은 열등 배터리 셀이라는 의미이다.
그리고, 제어신호는 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀의 용량에 따라 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 시간이 설정된 펄스 신호이며, 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 시간을 설정하는 것을 통해 저항의 전류 인가시간이 조절될 수 있다. 여기서, 스위칭 소자의 턴온 시간은 배터리 셀의 만충전 전류가 되는 시간에서 미리 설정한 기준 충전전류가 될 때까지의 시간을 뺀 시간일 수 있다.
그런 다음, 셀밸런싱부에서, 제어부의 제어신호에 따라 열등 배터리 셀의 셀밸런싱을 수행한다(S508). 즉, 셀밸런싱부는, 제어신호에 따라 스위치 소자를 턴온시키며 배터리 셀의 충전전류의 일부를 설정된 인가 시간 폭만큼 저항으로 인가되도록 할 수 있다. 이를 통해 열등 배터리 셀에 대한 셀밸런싱이 이루어지며, 배터리 셀의 과전류 충전을 방지할 수 있다.
이후, 셀 밸런싱의 완료를 확인하고, 셀 밸런싱 완료이면 정전압으로 배터리 팩의 충전을 완료할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 배터리 관리 장치로 구현될 수 있다.
1. 배터리 팩 11. 배터리 셀
2. 배터리 관리 장치 21. 충전부
22. 셀밸런싱부 23. 전압검출부
24. 제어부

Claims (7)

  1. 다수 개의 배터리 셀이 직렬 연결된 적어도 하나 이상의 배터리 팩;
    상기 다수의 배터리 셀의 개별 셀밸런싱을 수행하는 셀밸런싱부;
    상기 배터리 팩의 전체 전압 및 상기 다수 개의 배터리 셀을 개별적으로 선택하여 개별 배터리 셀의 전압을 각각 검출하는 전압검출부; 및
    미리 저장된 전체 전압-충전 적산량 간 매칭 테이블에 기초하여 상기 전압검출부에 의해 검출된 상기 배터리 팩의 전체 전압과 대응되는 현재 충전상태의 전류 적산량을 산출하고, 상기 배터리 팩의 충전 전류와 상기 충전 전류가 인가되는 시간의 곱으로 얻은 충전에 의한 전류 적산량에 산출된 상기 현재 충전상태의 전류 적산량을 더하여 전체 전류 적산량을 산출하며, 미리 저장된 전체 전류 적산량-기준 전압 간 매칭 테이블에 기초하여 산출된 상기 전체 전류 적산량과 대응되는 기준전압을 산출하고, 산출된 상기 기준전압과 상기 전압검출부에 의해 검출된 개별 배터리 셀의 전압을 비교하여 상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀의 셀밸런싱을 수행하도록 상기 셀밸런싱부를 제어하는 제어부;를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀밸런싱부는, 각 배터리 셀별로 병렬 연결된 스위칭 소자 및 저항을 포함하여 구성되며, 상기 저항으로 특정 배터리 셀의 충전전류를 인가하여 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 현재 충전 상태의 전류 적산량 및 상기 전체 전류 적산량을 산출하는 적산량 산출부, 상기 기준전압을 산출하는 기준전압 산출부, 산출된 상기 기준전압과 검출된 개별 배터리 셀의 전압을 비교하는 비교부 및 상기 기준전압보다 큰 전압을 갖는 배터리 셀과 연결된 저항을 통한 전류의 방전시간을 제어하는 제어신호를 생성하여 상기 셀밸런싱부를 제어하는 셀밸런싱 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어신호는 스위치 소자의 턴온 및 턴오프를 제어하는 펄스 신호이며,
    상기 셀밸런싱부는, 상기 제어신호에 따라 상기 기준전압보다 큰 전압을 갖는 배터리 셀과 연결된 스위치 소자를 턴온시킨 후 설정된 방전시간 동안 상기 스위치 소자와 연결된 저항에 전류를 인가하여 방전시킨 후 상기 스위치 소자를 턴오프하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 다수 개의 배터리 셀을 구비한 배터리 팩의 배터리 관리 방법에 있어서,
    상기 배터리 팩의 충전이 개시되면, 상기 배터리 팩의 전체 전류 적산량을 산출하는 1단계;
    미리 저장된 전체 전류 적산량-기준 전압 간 매칭 테이블에 기초하여 산출된 상기 전체 전류 적산량과 대응되는 기준 전압을 산출하는 2단계;
    개별 배터리 셀을 선택하여 개별 배터리 셀 각각의 전압을 검출하는 3단계;
    상기 기준전압과 검출한 개별 배터리 셀의 전압을 비교하는 4단계; 및
    상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀에 대한 셀밸런싱을 제어하는 5단계;를 포함하며,
    상기 제1 단계는,
    상기 배터리 팩의 전체 전압을 검출하는 단계, 미리 저장된 전체 전압-충전 적산량 간 매칭 테이블에 기초하여 검출된 상기 배터리 팩의 전체 전압과 대응되는 현재 충전상태의 전류 적산량을 산출하는 단계 및 상기 배터리 팩의 충전 전류와 상기 충전 전류가 인가되는 시간의 곱으로 얻은 충전에 의한 전류 적산량에 산출된 상기 현재 충전상태의 전류 적산량을 더하여 전체 전류 적산량을 산출하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 5단계는, 상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀과 연결된 저항을 통한 전류의 방전시간을 제어하는 제어신호를 생성하는 단계-상기 제어신호는 스위치 소자의 턴온 및 턴오프를 제어하는 펄스 신호임; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 기준전압보다 큰 전압이 검출된 배터리 셀에 병렬 연결된 스위치 소자를 턴온시킨 후 상기 제어신호의 펄스값에 따른 방전시간 동안 상기 스위치 소자와 연결된 저항에 전류를 인가한 후 상기 스위치 소자를 턴오프하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101778664B1 (ko) 2015-04-30 2017-09-14 주식회사 엘지화학 충전 장치 및 방법
CN111983488A (zh) * 2020-08-17 2020-11-24 一汽解放汽车有限公司 一种电池管理系统及其电压信号处理方法
KR20230015596A (ko) * 2021-07-23 2023-01-31 주식회사 솔루엠 밸런스 상태 관리모듈을 구비하는 배터리팩 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001103614A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Honda Motor Co Ltd 蓄電装置の残容量検出装置
JP2002354700A (ja) 2001-05-30 2002-12-06 Toyota Motor Corp 二次電池制御装置
KR20130025561A (ko) * 2011-09-02 2013-03-12 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 제어 시스템 및 이를 이용한 충방전 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001103614A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Honda Motor Co Ltd 蓄電装置の残容量検出装置
JP2002354700A (ja) 2001-05-30 2002-12-06 Toyota Motor Corp 二次電池制御装置
KR20130025561A (ko) * 2011-09-02 2013-03-12 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 제어 시스템 및 이를 이용한 충방전 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101778664B1 (ko) 2015-04-30 2017-09-14 주식회사 엘지화학 충전 장치 및 방법
CN111983488A (zh) * 2020-08-17 2020-11-24 一汽解放汽车有限公司 一种电池管理系统及其电压信号处理方法
CN111983488B (zh) * 2020-08-17 2023-01-06 一汽解放汽车有限公司 一种电池管理系统及其电压信号处理方法
KR20230015596A (ko) * 2021-07-23 2023-01-31 주식회사 솔루엠 밸런스 상태 관리모듈을 구비하는 배터리팩 장치
KR102639733B1 (ko) * 2021-07-23 2024-02-23 주식회사 솔루엠 밸런스 상태 관리모듈을 구비하는 배터리팩 장치

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