KR101558680B1 - 배터리 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 제어 장치는, 배터리 팩; 배터리 팩을 센싱하여 열화도를 산출하고 산출된 열화도를 이용하여 열화도 차이를 산출하며 산출된 열화도 차이를 이용하여 선택적으로 집중 열화 상태 제어 또는 불능 상태 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System); 및 상기 불능 상태 제어이면 안내 메시지를 출력하는 제어부;를 포함한다.

Description

배터리 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling battery}
본 발명은 배터리 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량이 요구하는 성능의 배터리 셀 수 조건보다 더 많은 배터리 셀을 장착하고 이를 선택 및/또는 집중적으로 제어하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
배터리 팩 내 각 배터리 셀은 서로 미세한 특성의 차이가 있으며, 사용 시간이 증가함에 따라 배터리 셀의 열화도 또한 서로 달라진다. 또한, 사용 중 간헐적인 배터리의 성능 저하나 고장진단이 발생할 수도 있다.
배터리 팩의 성능은 기본적으로 가장 성능이 좋지 않은 배터리 셀을 기준으로 하여 산정되므로, 팩 내부의 배터리 셀 전압 편차 등 모든 배터리 셀의 성능 차이를 최소한으로 유지하여 배터리 팩의 성능을 보장하려는 제어를 항시 수행한다.
배터리 팩을 구성하고 있는 배터리 셀은 각자 성능 및 열화도의 차이에 관계없이 충/방전 동작에 항시 사용되고 있다. 이와 같은 상태에서 만약 사용 기간이 길어지게 되면 배터리 셀 간 성능 및 열화도의 차이가 점점 커질 가능성이 상존한다.
비록 BMS(Battery Management System)가 항시 모든 배터리 셀의 성능 편차를 줄이려는 제어를 수행하고 있으나, 배터리 셀 간 열화도의 차이가 BMS의 제어 범위를 벗어나게 되는 일이 발생 가능하며, 이러한 경우에는 열화가 많이 진행된 특정 배터리 셀로 인해 배터리 팩의 성능이 급격히 나빠질 가능성이 커진다.
이를 해소하기 위해 방식으로는 한국공개특허번호 제10-2012-0075398호(발명의 명칭: 배터리 시스템 관리 장치 및 방법) 등을 들 수 있다. 이를 이해하기 쉽게 도시한 도면이 도 1이다. 도 1을 참조하면, 성능 측정부(100), 셀 스위칭부(120),및 제어부(130) 등을 포함하여 구성된다.
부연하면, 배터리 셀(10)의 전압을 측정하여 측정 전압이 일정 기준 이상이거나 미만인 경우, 제어부(130)가 해당 배터리 셀(10)의 셀 스위칭부(120)를 제어하여 다른 배터리 셀(10)과의 연결을 차단한다.
즉, 시스템이 요구하는 적정 사양의 배터리를 가정하여 제어중 문제 발생시 해당 배터리 셀을 차단한다. 또한, 문제 발생 배터리만을 차단함으로써 해당 배터리가 사용되지 않게 한다. 또한, 절대적인 기준 성능을 가지며 이보다 낮은 성능의 배터리 셀만을 차단한다.
그런데, 이러한 방식의 경우 열화도의 차이가 심한 배터리 모듈/셀의 경우에도 항시 제어해야 하므로, 열화도가 큰 배터리 모듈/셀의 방전 속도가 빨라진다. 결국, 이로 인하여 전체 배터리팩의 교체로 이어지는 단점이 있다.
또한, 문제가 되는 해당 배터리가 차단되므로 차단되는 해당 배터리 셀의 잔여 성능을 충분히 활용할 수 없다는 문제점이 있었다.
또한, 적정 사양의 배터리만을 장착하게 되므로 해당 배터리 셀이 차단되는 경우 이용 가능한 배터리 셀의 개수가 감소되어 배터리 팩의 성능 및 사용 시간이 감소된다는 문제점이 있었다.
1. 한국공개특허번호 제10-2012-0075398호 2. 일본공개특허번호 제2007-015428호 3. 한국공개특허번호 제10-2007-0096372호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 특정 배터리 모듈/셀의 열화도가 급격히 늘어나는 것을 방지하고 전체 배터리 팩의 수명을 연장하는 배터리 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열화도 이외의 팩터(factor)에 의해 특정 배터리 모듈/셀의 성능이 나빠진 경우에도 제어 범위에서 제외하거나 집중 열화시키는 배터리 제어 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위하여, 특정 배터리 모듈/셀의 열화도가 급격히 늘어나는 것을 방지하고 전체 배터리 팩의 수명을 연장하는 배터리 제어 장치를 제공한다.
상기 배터리 제어 장치는,
배터리 팩; 및
배터리 팩을 센싱하여 배터리 상태를 산출하고 상기 배터리 상태를 이용하여 상기 배터리 팩의 단위 요소의 제어 대상을 선택하는 선택 제어 또는 상기 단위 요소의 제어 대상을 집중적으로 사용하는 집중 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 요소는 다수의 배터리 셀 및 상기 다수의 배터리 셀을 갖는 다수의 배터리 모듈 중 적어도 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배터리 상태는 열화도 또는 열화도 차이인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 열화도는 배터리 셀별 또는 배터리 모듈별로 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 열화도 차이는 최고 열화도를 갖는 배터리 셀과 나머지 배터리 셀간 열화도의 차이 또는 최고 열화도를 갖는 배터리 모듈과 나머지 배터리 모듈간 열화도의 차이인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 배터리 셀 각각에 온오프를 위한 셀 제어기가 더 포함되고, 상기 다수의 배터리 모듈 각각에 온오프를 위한 모듈 제어기가 더 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 선택 제어는, 최고 열화도를 집중 열화 진입 설정값과 비교하여 설정값보다 크면 집중 열화하거나 제어 대상에서 배제하는 제 1 선택 제어 및 설정값보다 작으면 제어 대상에서 배제하는 제 2 선택 제어로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 선택 제어는 상기 최고 열화도가 제어 진입 설정 불능값보다 큰지를 판단하여, 큰 경우 제어 대상에서 배제를 수행하고, 작은 경우 상기 집중 열화를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 집중 열화는 조건에 해당하는 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 집중적으로 열화시켜 잔여 성능을 활용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어 대상에서 배제는 조건에 해당하는 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 제어 대상에서 일시 배제하는 임시 배제 또는 영구적으로 배제하는 영구 배제인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 배터리 셀 또는 다수의 배터리 모듈의 개수는 차량 성능에서 기본적으로 요구되는 개수보다 더 많이 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 선택 제어 또는 집중 제어에 따른 안내 정보를 출력하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 일실시예는, 배터리 팩; 배터리 팩을 센싱하여 배터리 팩 정보를 산출하고 산출된 배터리 팩 정보를 이용하여 선택 제어 또는 열화 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System); 및 상기 선택 제어 또는 집중 제어에 따른 안내 정보를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치를 제공한다.
이때, 상기 배터리 팩 정보는 배터리 팩의 배터리 셀간 용량 크기, 변화 차이, 전압 변동 차이, 절대 전압 차, 급격한 배터리 성능 저하, 배터리 셀 및 배터리 팩의 패키징 부위의 진단 발생 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 배터리 팩을 센싱하여 배터리 상태를 산출하는 배터리 상태 산출 단계; 및 상기 배터리 상태를 이용하여 상기 배터리 팩의 단위 요소의 제어 대상을 선택하는 선택제어 또는 상기 단위 요소의 제어 대상을 집중적으로 사용하는 집중 제어를 수행하는 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제어 단계는, 최고 열화도가 집중 열화 진입 설정값보다 큰지를 판단하는 단계; 최고 열화도가 설정값보다 큰 경우 집중 열화하거나 제어 대상에서 배제하는 제 1 선택 제어 단계; 및 최고 열화도가 설정값보다 작은 경우 제어 대상에서 배제하는 제 2 선택 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 선택 제어 단계는, 상기 최고 열화도가 제어 진입 설정 불능값보다 큰지를 판단하여, 큰 경우 제어 대상에서 배제를 수행하고, 작은 경우 상기 집중 열화를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 선택 제어 또는 집중 제어에 따른 안내 정보를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 문제가 되는 해당 배터리 모듈/셀이 추후 더 열화도가 커진 배터리 모듈/셀이 발생할 때까지 제어하지 않게 되고, 특정 배터리 모듈/셀의 열화도가 급격히 늘어나는 것을 방지하게 되므로 전체 배터리 팩의 수명이 연장된다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 특정 배터리 모듈/셀을 항시 제어하게 될 경우, 이와 비례하여 다른 배터리 모듈/셀은 제어 범위에 들지 않게 되므로 그만큼 배터리를 아끼게 되는 효과가 발생하여, 배터리 팩 전체 관점에서 수명이 길어지는 효과가 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 (열화도와 관계없는) 특정 배터리 모듈/셀의 고장 발생 시 해당 배터리 모듈/셀을 제어 조건에서 제외할 수 있어 원활한 배터리팩 동작이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 열화도 이외의 팩터(factor)에 의해 특정 배터리 모듈/셀의 성능이 나빠진 경우에도 제어 범위에서 제외하거나 집중 열화시키는 방법이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 제어 장치(200)의 구성 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 팩(210) 내에 구성되는 배터리 모듈(310a 내지 310n) 및 이를 제어하는 모듈 제어기(311a 내지 311n)의 구성도이다.
도 4는 도 4에 도시된 배터리 모듈(310a) 내에 구성되는 배터리 셀(410a 내지 410n) 및 이를 제어하는 셀 제어기(411a 내지 411n)의 구성도이다.
도 5는 도 2에 도시된 BMS(Battery Management System)(220)의 세부 구성을 보여주는 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 선택 제어 및 집중 사용과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 제어 장치(200)의 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 상기 배터리 제어 장치(200)는, 배터리 팩(210), 상기 배터리 팩(210)을 센싱하여 열화도를 산출하고 산출된 열화도를 이용하여 열화도 차이를 산출하며 산출된 열화도 차이를 이용하여 선택적으로 집중 열화 상태 제어 또는 불능 상태 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System)(220), 상기 불능 상태 제어이면 안내 메시지를 출력하는 제어부(230) 등을 포함하여 구성된다.
배터리 팩(210)은 다수의 배터리 모듈로 구성된다. 물론, 이러한 다수의 배터리 모듈은 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 구성되며, 이 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리 등의 전기 차량용 배터리가 될 수 있다.
여기서, 전기 차량의 예로서는 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 연료 전지 차량 등을 들 수 있다. 이러한 배터리 팩(210)의 구성을 보여주는 도면이 도 3 내지 도 4에 도시된다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 팩(210) 내에 구성되는 배터리 모듈(310a 내지 310n) 및 이를 제어하는 모듈 제어기(311a 내지 311n)의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 제 1 내지 제 n 배터리 모듈(310a 내지 310n)이 구성된다. 물론, 도 3에서는 이해의 편의를 위해 직렬로 구성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 직렬 및/또는 병렬의 조합이 가능하다.
또한, 이러한 제 1 내지 제 n 배터리 모듈(310a 내지 310n)의 각각에는 BMS(도 2의 220)의 제어에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)를 수행하는 제 1 내지 제 n 모듈 제어기(311a 내지 311n)가 각각 구성된다.
이러한 모듈 제어기(311a 내지 311n)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자, 릴레이 소자, Triac, SCR(Sillicon Controlled Rectifier), IC(Integrated Circuit) 등과 같은 스위칭 소자들이 사용될 수 있다.
물론, 도 3에서는 모듈 제어기(311a 내지 311n)가 별도로 구성되어 있으나, 배터리 모듈(310a 내지 310n) 내에 각각 구성되는 것도 가능하다.
도 4는 도 4에 도시된 배터리 모듈(310a) 내에 구성되는 배터리 셀(410a 내지 410n) 및 이를 제어하는 셀 제어기(411a 내지 411n)의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 배터리 모듈(310a) 내에는 제 1 내지 제 n 배터리 셀(410a 내지 410n)이 구성된다. 물론, 도 4에서는 이해의 편의를 위해 직렬로 구성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 직렬 및/또는 병렬의 조합이 가능하다.
또한, 이러한 제 1 내지 제 n 배터리 셀(410a 내지 410n)의 각각에는 BMS(도 2의 220)의 제어에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)를 수행하는 제 1 내지 제 n 셀 제어기(411a 내지 411n)가 각각 구성된다.
이러한 셀 제어기(411a 내지 411n)는 도 3에 도시된 바와 유사하게 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자, 릴레이 소자, Triac, SCR(Sillicon Controlled Rectifier), IC(Integrated Circuit) 등과 같은 스위칭 소자들이 사용될 수 있다.
물론, 도 4에서는 셀 제어기(411a 내지 411n)가 별도로 구성되어 있으나, 배터리 셀(410a 내지 410n) 내에 각각 구성되는 것도 가능하다.
또한, 배터리 팩(도 2의 210)을 구성하는 배터리 셀(410a 내지 410n) 및/또는 배터리 모듈(310a 내지 310n)의 개수는 차량 성능에서 요구하는 모듈 및/또는 셀의 개수보다 더 많이 구성한다. 예를 들면, 차량 성능에서 기본적으로 요구되는 구성의 개수가 9 모듈 72 셀이라면, 본 발명의 일실시예에서는 10 모듈 80 셀로 구성하는 예를 들 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 BMS(Battery Management System)(220)의 세부 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 5를 참조하면, BMS(220)는, 배터리 셀(410a 내지 410n) 및/또는 배터리 모듈(310a 내지 310n)을 센싱하는 센싱부(510), 센싱부(510)에 의해 생성되는 센싱 신호를 처리하여 배터리 데이터를 생성하는 데이터 처리부(520), 생성된 배터리 데이터를 이용하여 배터리 셀(410a 내지 410n) 및/또는 배터리 모듈(310a 내지 310n)의 열화도, 열화도 차이, SOC(State Of Charge), 및 SOH(State Of Health) 등을 생성하고, 이를 제어부(도 2의 230)에 전송하거나 제어부(도 2의 230)로부터 제어 정보 등을 받아 처리하며, 배터리 셀(410a 내지 410n) 및/또는 배터리 모듈(310a 내지 310n)의 온 오프를 수행하는 BMS 제어기(530), 및 생성된 배터리 데이터, 배터리 팩(210) 관리를 위한 알고리즘 등을 저장하는 메모리(540) 등을 포함하여 구성된다.
센싱부(510)에는 배터리 셀(410a 내지 410n) 및/또는 배터리 모듈(310a 내지 310n)의 전류를 센싱하는 전류 센서, 전압을 센싱하는 전압 센서, 온도를 센싱하는 온도 센서 등이 구성된다.
메모리(540)는 BMS(220) 내에 구성될 수 있고, 별도의 메모리가 될 수 있다. 따라서, 메모리(540)는 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리 및/또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR-SDRAM(Double Date Rate-SDRAM) 등과 같은 휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다.
BMS(220)는 현재 시점 이전의 모든 배터리 셀(410a 내지 410n) 및/또는 배터리 모듈(310a 내지 310n)에 대한 열화도 기록 정보를 가지고 있다. 열화도 측정 및 계산은 SOC(State Of Charge)에 따른 전압 변화율 등 열화도 산출을 위한 어떤 제어 로직이라도 가능하다.
제어 단위를 모듈 기준으로 할 것인지 아니면 셀 기준으로 할 것인지는 BMS(220) 로직에 따라 어떤 것이든 선택할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 선택 제어 및 집중 사용과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 구동 사이클(Driving cycle)이 시작되면, BMS(Battery Management System)(220)가 배터리 팩(도 2의 210)을 센싱하여 열화도를 산출하고, 산출된 열화도를 이용하여 열화도 차이를 산출한다(단계 S620,S630). 부연하면, 모든 배터리 셀(410a 내지 410n) 및/또는 배터리 모듈(310a 내지 310n)에 대한 열화도를 산출하고, 산출된 열화도를 이용하여 최고 열화도를 갖는 배터리 모듈 및/또는 셀과 나머지 배터리 모듈 및/또는 셀간 열화도 차이를 계산한다. 도 6에서는 배터리 상태로서 열화도 및/또는 열화도 차이를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 배터리의 SOH(State Of Health), SOC(State Of Charge), SOF(State Of Function) 등을 이용하는 것도 가능하다.
열화도 차이가 산출되면, 산출된 열화도 차이를 이용하여 열화도 차이가 집중 제어 또는 선택 제어를 수행할 집중 열화 상태 조건에 해당하는 지를 판단한다(단계 S640). 즉, 열화도 차이가 집중 열화 진입 설정값 보다 큰 지를 판단한다.
판단 결과, 크지 않으면 최고 열화도의 배터리 모듈 및/또는 셀을 항상 제어 대상(또는 제어 범위)에서 배제하고, 구동 사이클을 종료한다(단계 S641,S670).
이와 달리, 단계 S640에서 열화도 차이가 집중 열화 진입 설정값 보다 크면, 열화도 차이가 제어가 불가능한 상태인 불능 상태 제어를 수행할 제어 불능 상태 조건에 해당하는 지를 판단한다(단계 S650). 즉, 열화도 차이가 제어불능 진입 설정값보다 큰 지를 판단한다.
판단 결과, 크지 않으면, 최고 열화도 배터리 모듈 및/또는 셀을 항상 제어 대상에 포함하고, 구동 사이클을 종료한다(단계 S660,S670).
이와 달리, 단계 S650에서 열화도 차이가 제어불능 진입 설정값보다 크면, 최고 열화도의 배터리 모듈 및/또는 셀을 제어 대상에서 제거하고, 열화된 해당 배터리 모듈 및/또는 셀의 교환 요청 등의 안내 메시지를 사용자에게 알리고, 구동 사이클을 종료한다(단계 S651,S653,S670).
도 6을 이해하기 쉽게 설명하면 다음과 같다.
첫 번째, 열화도 차이의 최소화 제어 방식이다.
1. BMS(도 2의 220) 초기 동작 시작시 배터리 팩을 구성하는 모든 배터리 모듈/셀의 열화도 정보를 이용한다.
2. 열화도가 가장 높은 배터리 모듈 및/또는 셀은 BMS(220)의 제어 대상에서 배제하도록 동작한다.
3. 배터리 팩(210) 사용이 누적됨에 따라 열화도가 가장 높은 대상은 지속적으로 변경될 수 있다. 이에 따라 BMS는 제어 대상에서 배제하도록 하는 배터리 모듈/셀을 이에 맞게 변경하도록 한다.
두 번째, 특정 배터리 모듈 및/또는 셀의 집중 제어 방식이다.
1. BMS(220)는 배터리 셀 및/또는 모듈에 대한 집중 열화 상태 조건을 가지고 있다 (예를 들면, 타 배터리모듈/셀과 열화도 차이가 일정 수준 이상일 때, etc.). 그리고, BMS(220)는 열화된 배터리 모듈 및/또는 셀에 대한 제어 불능 상태 조건 및 배터리 팩 탈거 조건을 가지고 있다.
2. BMS 초기 동작 시작 시 배터리 팩을 구성하는 모든 배터리 모듈 및/또는 셀의 열화도 정보를 이용한다.
3. 만약 특정 배터리 모듈 및/또는 셀이 BMS(220)의 제어 로직에 의하여 집중 열화 대상이 되는 경우, BMS는 해당 배터리 모듈 및/또는 셀을 BMS 제어 대상에 항상 포함하도록 한다. 항상 사용되는 해당 배터리 모듈 및/또는 셀은 기타 모듈 및/또는 셀보다 열화 속도가 빠르게 된다.
4. 만약 특정 배터리 모듈 및/또는 셀이 BMS(220)의 제어 로직에 의하여 제어 불능 상태 조건을 만족하는 경우, BMS(20)는 해당 배터리 모듈 및/또는 셀을 BMS의 제어 대상에서 배제하고, 사용자에게 배터리 교환 등 필요한 안내 정보를 전달하도록 동작한다. 즉, 차량 클러스터 GUI(Graphic User Interface)(미도시)에 문자 및/또는 그래픽 등을 출력하거나, 경보음 출력 등을 들 수 있다.
따라서, BMS(220)는 위에서 기술한 열화도 차이 최소화 제어 방식 및 집중 열화 제어 방식의 둘 중 하나를 선택하여 제어할 수도 있으며, 함께 동작하도록 하는 것도 가능하다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예로서, 열화도 이외의 다른 판단기준에 의해 배터리의 선택 제어가 가능하다. 즉, 배터리 셀 간 용량 크기 및 변화 차이, 전압 변동 차이, 절대 전압 차 등의 다양한 판단기준을 설정하는 것이 가능하다. 부연하면, BMS(220)이 배터리 팩(210)을 센싱하여 배터리 팩 정보를 산출하고 산출된 배터리 팩 정보를 이용하여 집중 제어 또는 불능 상태 제어를 수행하는 것을 들 수 있다.
또한, 제어 대상에서의 배제는 조건에 해당하는 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀을 제어 대상에서 일시 배제하는 임시 배제와, 영구적으로 배제하는 영구 배제가 가능하다.
또한, 장기적으로 진행되는 셀 특성 차이 이외에 갑자기 배터리 전압이 낮아지는 등 급격한 배터리 성능 저하가 있었거나 셀 및 패키징 부위의 진단이 발생하는 경우에도 위에서 기술한 제어가 선택적으로 가능하다.
200: 배터리 제어 장치
210: 배터리 팩
220: BMS(Battery Management System)
230: 제어부
310a 내지 310n: 배터리 모듈 311a 내지 311n: 모듈 제어기
410a 내지 410n: 배터리 셀 411a 내지 411n: 셀 제어기
510: 센싱부
520: 데이터 처리부
530: BMS 제어기
540: 메모리

Claims (22)

  1. 배터리 팩; 및
    배터리 팩을 센싱하여 배터리 상태를 산출하고 상기 배터리 상태를 이용하여 상기 배터리 팩의 단위 요소의 제어 대상을 선택하는 선택 제어 또는 상기 단위 요소의 제어 대상을 집중적으로 사용하는 집중 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System);를 포함하되,
    상기 단위 요소는 다수의 배터리 셀 및 상기 다수의 배터리 셀을 갖는 다수의 배터리 모듈 중 적어도 하나이고,
    상기 배터리 상태는 열화도 또는 열화도 차이이고, 상기 열화도는 배터리 셀별 또는 배터리 모듈별로 산출되며, 상기 열화도 차이는 최고 열화도를 갖는 배터리 셀과 나머지 배터리 셀간 열화도의 차이 또는 최고 열화도를 갖는 배터리 모듈과 나머지 배터리 모듈간 열화도의 차이이며,
    상기 선택 제어는, 최고 열화도를 집중 열화 진입 설정값과 비교하여 설정값보다 크면 집중 열화하거나 제어 대상에서 배제하는 제 1 선택 제어 및 설정값보다 작으면 제어 대상에서 배제하는 제 2 선택 제어로 이루어지며,
    상기 제 1 선택 제어는 상기 최고 열화도가 제어 진입 설정 불능값보다 큰지를 판단하여, 큰 경우 제어 대상에서 배제를 수행하고, 작은 경우 상기 집중 열화를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀 각각에 온오프를 위한 셀 제어기가 더 포함되고, 상기 다수의 배터리 모듈 각각에 온오프를 위한 모듈 제어기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 집중 열화는 조건에 해당하는 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 집중적으로 열화시켜 잔여 성능을 활용하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 대상에서 배제는 조건에 해당하는 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 제어 대상에서 일시 배제하는 임시 배제 또는 영구적으로 배제하는 영구 배제인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀 또는 다수의 배터리 모듈의 개수는 차량 성능에서 기본적으로 요구되는 개수보다 더 많이 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택 제어 또는 집중 제어에 따른 안내 정보를 출력하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  11. 배터리 팩;
    배터리 팩을 센싱하여 배터리 팩 정보를 산출하고 산출된 배터리 팩 정보를 이용하여 상기 배터리 팩의 단위 요소에 대한 선택 제어 또는 열화 제어를 수행하는 BMS(Battery Management System); 및
    상기 선택 제어 또는 열화 제어에 따른 안내 정보를 출력하는 제어부;
    를 포함하되,
    상기 단위 요소는 다수의 배터리 셀 및 상기 다수의 배터리 셀을 갖는 다수의 배터리 모듈 중 적어도 하나이고,
    상기 배터리 상태는 열화도 또는 열화도 차이이고, 상기 열화도는 배터리 셀별 또는 배터리 모듈별로 산출되며, 상기 열화도 차이는 최고 열화도를 갖는 배터리 셀과 나머지 배터리 셀간 열화도의 차이 또는 최고 열화도를 갖는 배터리 모듈과 나머지 배터리 모듈간 열화도의 차이이며,
    상기 선택 제어는, 최고 열화도를 집중 열화 진입 설정값과 비교하여 설정값보다 크면 집중 열화하거나 제어 대상에서 배제하는 제 1 선택 제어 및 설정값보다 작으면 제어 대상에서 배제하는 제 2 선택 제어로 이루어지며,
    상기 제 1 선택 제어는 상기 최고 열화도가 제어 진입 설정 불능값보다 큰지를 판단하여, 큰 경우 제어 대상에서 배제를 수행하고, 작은 경우 상기 집중 열화를 수행하는　것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 정보는 배터리 팩의 배터리 셀간 용량 크기, 변화 차이, 전압 변동 차이, 절대 전압 차, 급격한 배터리 성능 저하, 배터리 셀 및 배터리 팩의 패키징 부위의 진단 발생 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
  13. 배터리 팩을 센싱하여 배터리 상태를 산출하는 배터리 상태 산출 단계; 및
    상기 배터리 상태를 이용하여 상기 배터리 팩의 단위 요소의 제어 대상을 선택하는 선택제어 또는 상기 단위 요소의 제어 대상을 집중적으로 사용하는 집중 제어를 수행하는 제어 단계;를 포함하되,
    상기 단위 요소는 다수의 배터리 셀 및 상기 다수의 배터리 셀을 갖는 다수의 배터리 모듈 중 적어도 하나이고,
    상기 배터리 상태는 열화도 또는 열화도 차이이고, 상기 열화도는 배터리 셀별 또는 배터리 모듈별로 산출되며, 열화도 차이는 최고 열화도를 갖는 배터리 셀과 나머지 배터리 셀간 열화도의 차이 또는 최고 열화도를 갖는 배터리 모듈과 나머지 배터리 모듈간 열화도의 차이이며,
    상기 제어 단계는,
    최고 열화도가 집중 열화 진입 설정값보다 큰지를 판단하는 단계;
    최고 열화도가 설정값보다 큰 경우 집중 열화하거나 제어 대상에서 배제하는 제 1 선택 제어 단계; 및
    최고 열화도가 설정값보다 작은 경우 제어 대상에서 배제하는 제 2 선택 제어 단계;를 포함하며,
    상기 제 1 선택 제어 단계는, 상기 최고 열화도가 제어 진입 설정 불능값보다 큰지를 판단하여, 큰 경우 제어 대상에서 배제를 수행하고, 작은 경우 상기 집중 열화를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀 각각에 온오프를 위한 셀 제어기가 더 포함되고, 상기 다수의 배터리 모듈 각각에 온오프를 위한 모듈 제어기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 집중 열화는 조건에 해당하는 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 집중적으로 열화시켜 잔여 성능을 활용하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 대상에서 배제는 조건에 해당하는 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 제어 대상에서 일시 배제하는 임시 배제 또는 영구적으로 배제하는 영구 배제인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀 또는 다수의 배터리 모듈의 개수는 차량 성능에서 기본적으로 요구되는 개수보다 더 많이 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 선택 제어 또는 집중 제어에 따른 안내 정보를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
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