KR101601717B1 - 밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법 - Google Patents

밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법은 차량이 시동 오프(OFF) 상태이고 배터리 셀이 밸런싱 중인지 확인하는 정보 확인부; 차량이 시동 오프(OFF) 상태이고 배터리 셀이 밸런싱 중인 경우, 상기 배터리 셀의 현재 충전상태를 측정하는 충전상태 측정부; 상기 배터리 셀의 현재 충전상태와 기설정된 목표 충전상태 간의 충전상태 차이를 계산하고 상기 계산된 충전상태 차이를 기초로 밸런싱 소요시간을 설정하는 시간 설정부; 및 상기 설정된 밸런싱 소요시간 동안 배터리 셀의 밸런싱을 수행하고, 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면 셀 밸런싱 동작을 중지하는 셀 밸런싱부를 포함한다.

Description

밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BALANCING BATTERY CELL USING BALANCING TURNAROUND TIME}
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 고전압 배터리 관리 시스템에서 차량 상태에 따라 배터리 셀의 밸런싱을 최적화하기 위한, 밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 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 종래 기술에 따른 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.
이때, 복수의 배터리 셀을 결합한 배터리 관리 시스템에서는 구조적 차이에 기인한 배터리 셀 간의 전압 편차가 필연적으로 발생하게 된다. 이와 같은 전압편차는 배터리 열화의 원인으로 작용할 수 있다.
따라서, 배터리 전력을 이용한 시스템 운용 중이나 배터리 셀의 충방전시 각 셀의 전압을 균등하게 유지하는 배터리 셀 밸런싱 동작은 배터리 관리 시스템의 매우 중요한 요소가 된다.
하지만, 이러한 셀 밸런싱 동작은 차량의 시동이 켜져 있거나 주행 중인 경우에만 수행되고 있다.
만약, 셀 밸런싱 동작 중에 차량의 시동이 꺼져 버리면, 셀 밸랜싱 동작이 중지된다. 이와 같이, 셀 밸런싱 동작 중에 차량의 시동이 자주 꺼져 버리면, 각 셀의 전압 간의 전압 편차가 커질 수 있다. 그러면, 이와 같은 전압편차는 배터리 전압의 균일성을 저해하게 된다. 결국에는 배터리 열화의 원인으로 작용하게 되어 배터리의 수명을 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리 관리 시스템에서 차량 상태에 따라 배터리 셀의 밸런싱을 최적화하기 위한, 밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배터리 셀의 셀 밸런싱 중인 경우에 차량이 시동 오프(OFF)되더라도 셀 밸런싱을 중지하지 않고 유지함으로써, 차량의 상태에 관계없이 각 배터리 셀의 충전상태를 균등하게 유지할 수 있는, 밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배터리 셀의 셀 밸런싱을 배터리 셀의 충전상태뿐만 아니라 온도, 전류 및 시동 전원 등을 기초로 셀 밸런싱 소요시간을 산출하여 셀 밸런싱을 수행함으로써, 차량의 시동에 영향을 미치지 않는 한도 내에서 셀 밸런싱을 최대한 수행하여 배터리 모듈의 열화 원인을 줄이고 배터리의 수명을 증가시킬 수 있는, 밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, 차량이 시동 오프(OFF) 상태이고 배터리 셀이 밸런싱 중인지 확인하는 정보 확인부; 차량이 시동 오프(OFF) 상태이고 배터리 셀이 밸런싱 중인 경우, 상기 배터리 셀의 현재 충전상태를 측정하는 충전상태 측정부; 상기 배터리 셀의 현재 충전상태와 기설정된 목표 충전상태 간의 충전상태 차이를 계산하고 상기 계산된 충전상태 차이를 기초로 밸런싱 소요시간을 설정하는 시간 설정부; 및 상기 설정된 밸런싱 소요시간 동안 배터리 셀의 밸런싱을 수행하고, 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면 셀 밸런싱 동작을 중지하는 셀 밸런싱부를 포함하는 배터리 셀 밸런싱 장치가 제공될 수 있다.
상기 장치는, 상기 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고, 상기 시간 설정부는 상기 측정된 배터리 모듈의 온도에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다.
상기 장치는, 상기 배터리 셀의 방전 전류를 측정하는 전류 측정부를 더 포함하고, 상기 시간 설정부는 상기 측정된 방전 전류에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다.
상기 장치는, 상기 배터리 셀 밸런싱 장치에 전원을 공급하는 시동 전원의 임계 전원시간을 측정하는 전원 측정부를 더 포함하고, 상기 시간 설정부는 상기 측정된 임계 전원시간 미만으로 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 제한할 수 있다.
상기 장치는, 상기 배터리 셀의 상태 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 측정부는 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면, 상기 완료된 시점에서의 완료 충전상태를 측정하여 상기 저장부에 저장시킬 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 배터리 셀 밸런싱 장치에서의 배터리 셀 밸런싱 방법에 있어서, 차량이 시동 오프(OFF) 상태이고 배터리 셀이 밸런싱 중인지 확인하는 단계; 차량이 시동 오프(OFF) 상태이고 배터리 셀이 밸런싱 중인 경우, 상기 배터리 셀의 현재 충전상태를 측정하는 단계; 상기 배터리 셀의 현재 충전상태와 기설정된 목표 충전상태 간의 충전상태 차이를 계산하는 단계; 상기 계산된 충전상태 차이를 기초로 밸런싱 소요시간을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 밸런싱 소요시간 동안 배터리 셀의 밸런싱을 수행하고, 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면 셀 밸런싱 동작을 중지하는 단계를 포함하는 배터리 셀 밸런싱 방법에 제공될 수 있다.
상기 방법은, 상기 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 밸런싱 소요시간을 설정하는 단계는 상기 측정된 배터리 모듈의 온도에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다.
상기 방법은, 상기 배터리 셀 밸런싱 장치에 전원을 공급하는 시동 전원의 임계 전원시간을 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 밸런싱 소요시간을 설정하는 단계는 상기 측정된 임계 전원시간 미만으로 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 제한할 수 있다.
상기 방법은, 상기 배터리 셀의 방전 전류를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 밸런싱 소요시간을 설정하는 단계는 상기 측정된 방전 전류에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다.
상기 방법은, 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면, 상기 완료된 시점에서의 완료 충전상태를 측정하여 저장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리 관리 시스템에서 차량 상태에 따라 배터리 셀의 밸런싱을 최적화할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배터리 셀의 셀 밸런싱 중인 경우에 차량이 시동 오프(OFF)되더라도 셀 밸런싱을 중지하지 않고 유지함으로써, 차량의 상태에 관계없이 각 배터리 셀의 충전상태를 균등하게 유지할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예들은 배터리 셀의 셀 밸런싱을 배터리 셀의 충전상태뿐만 아니라 온도, 전류 및 시동 전원 등을 기초로 셀 밸런싱 소요시간을 산출하여 셀 밸런싱을 수행함으로써, 차량의 시동에 영향을 미치지 않는 한도 내에서 셀 밸런싱을 최대한 수행하여 배터리 모듈의 열화 원인을 줄이고 배터리의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 도 3에서의 밸런싱 소요시간을 증감시키는 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.
이하, 도 2를 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 대해 설명한다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(200)는 배터리 모듈(13) 및 셀 밸런싱 장치(40)를 포함한다.
배터리 모듈(13)은 복수의 배터리 셀을 포함하며, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 4개의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)들이 직렬 연결된 경우를 가정하여 설명한다. 또한, 상기 배터리 모듈(13)은 복수개로 구성될 수 있으며, 충전된 고전압 직류 전력을 차량에 구비되어 있는 모터 등에 공급하고, 충전 장치를 통해서 충전 전압을 공급받는다.
셀 밸런싱 장치(40)는 정보 확인부(41), 충전상태 측정부(42), 시간 설정부(46), 셀 밸런싱부(47) 및 저장부(48)를 포함한다. 셀 밸런싱부(47)는 방전저항(R)과 각 셀에 연결된 스위치(S1, S2, S3, S4)를 포함한다. 여기서, 셀 밸런싱 장치(40)는 밸런싱 소요시간을 최적화하기 위해, 전원 측정부(43), 전류 측정부(44) 및 온도 측정부(45)를 더 포함할 수 있다.
셀 밸런싱 장치(40)는 배터리 모듈(13)의 복수의 배터리 셀의 충방전 상태를 모니터링 및 제어한다. 즉, 셀 밸런싱 장치(40)는 복수의 배터리 셀의 전압, 전류, 충전상태(SOC: State of charge), 온도 등과 같은 작동 특성을 모니터링한다. 또한, 복수의 배터리 셀을 모니터링한 결과를 통해 배터리 셀을 충전 또는 방전되도록 제어한다. 예를 들어, 셀 밸런싱 장치(40)는 배터리 셀의 충전 전압이 기 설정된 충전 임계값을 초과하여 셀 밸런싱 중인 경우에 차량의 시동이 오프(OFF)되더라도 스위칭 동작을 통하여 배터리 셀을 방전시킬 수 있다.
이하, 도 2의 배터리 관리 시스템의 구체적인 구성 및 동작을 설명하기로 한다.
정보 확인부(41)는 차량이 시동 오프(OFF) 상태인지를 확인한다.
그리고 정보 확인부(41)는 차량이 시동 오프(OFF) 상태이면, 배터리 셀이 밸런싱 중인지 확인한다.
차량이 시동 오프(OFF) 상태이고 배터리 셀이 밸런싱 중인 경우, 충전상태 측정부(42)는 배터리 셀의 현재 상태를 측정한다.
시간 설정부(46)는 충전상태 측정부(42)에서 측정된 배터리 셀의 현재 충전상태와 기설정된 목표 충전상태 간의 충전상태 차이를 계산한다. 기설정된 목표 충전상태는 다수의 배터리 모듈마다 서로 다른 충전상태를 가질 수 있고, 저장부(48)에 저장된다. 시간 설정부(46)는 계산된 충전상태 차이를 기초로 밸런싱 소요시간을 설정한다. 이를 위해, 시간 설정부(46)는 내부에 타이머(Timer)를 구비할 수 있다. 시간 설정부(46)는 이러한 타이머를 이용하여 차량이 주차되어 있는 상태 즉, 차량 시동이 오프(OFF)인 상태에서도 배터리 셀의 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
셀 밸런싱부(47)는 시간 설정부(46)에서 설정된 밸런싱 소요시간 동안 배터리 셀의 밸런싱을 수행한다. 각 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)은 각 셀에 연결된 스위치(S1, S2, S3, S4)를 통해서 방전저항(R)에 연결될 수 있다. 따라서, 셀 밸런싱 장치(40)는 각 셀의 전압을 측정하여 충전 및 방전이 필요한 경우 셀 밸런싱부(47)를 통해서 상기 스위치(S1, S2, S3, S4)의 온 오프 동작을 제어하여 배터리 셀의 충전 및 방전 동작을 수행한다.
밸런싱 소요시간이 경과한 후, 셀 밸런싱부(47)는 배터리 셀의 밸런싱이 완료되는지를 확인하고, 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면 셀 밸런싱 동작을 중지한다. 여기서, 밸런싱 소요시간은 배터리 관리 시스템(200)의 종료 시간인 파워 래치(Power latch) 시간일 수 있다. 배터리 셀 밸런싱 장치(40)는 일반적으로 파워 래치(Power latch) 시간 이후 파워 오프(OFF)하기 전까지의 밸런싱 로그 데이터, 배터리 충전상태의 측정 결과 등을 저장부(48)에 저장하고, 그 저장 과정이 완료되면 파워를 오프한다.
저장부(41)에는 배터리 셀의 상태 정보가 저장된다. 상태 정보에는 목표 충전상태 및 완료 충전상태 등이 저장될 수 있다. 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면, 저장부(41)는 그 완료된 시점에서 측정된 완료 충전상태를 저장할 수 있다.
본 명세서의 변형 실시예에 따르면, 시간 설정부(46)는 충전상태 측정부(42)에서 측정된 다수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)들의 전압으로부터 평균 충전상태를 계산하고, 상기 배터리 셀 중 최고 충전상태 셀을 선택하여 셀 전압값이 저장부(41)에 설정 저장된 임계 충전상태를 초과하는지 판단한다. 판단 결과, 최고 전압 셀의 셀 전압값이 임계 충전상태를 초과하는 경우, 시간 설정부(46)는 최고 충전상태 셀의 충전상태가 평균 충전상태에 도달할 때까지 방전하도록 밸런싱 소요시간을 설정할 수 있다.
이때, 저장부(41)에는 임계 충전상태가 설정되어 저장될 수 있다. 상기 배터리 셀의 임계 충전상태는 배터리 셀의 과충전으로 인하여 화재, 폭발 등 위험에 도달할 수 있다고 판단되는 기준 충전상태 값이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 셀은 2차 전지의 전기화학적 특성, 노후화 여부, 주변 온도 및 사용조건 등에 따라서 배터리 용량이 변화될 수 있으며, 이를 감안하여 임계 충전상태의 설정 기준이 변경될 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀의 잦은 충방전에 따른 용량 감소 또는 배터리 셀의 주변 온도가 높은 경우 등에는 셀 전압이 임계 충전상태에 미치지 못하더라도 화재 및 폭발의 위험이 있을 수 있다. 따라서, 저장부(41)에 저장되는 배터리 셀의 임계 충전상태는 배터리의 평균 충전상태값 등을 고려하여 주기적, 적응적으로 갱신되도록 한다.
한편, 셀 밸런싱 장치(40)는 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈(13)의 온도를 측정하는 온도 측정부(45)를 더 포함할 수 있다. 온도 측정부(45)는 다수의 배터리 모듈(13)이 포함된 배터리 팩의 온도를 측정할 수 있다. 온도 측정부(45)는 열전대(Thermo coupler)로 구현할 수 있다. 하지만, 본 명세서에 따른 온도 측정부(45)의 특정 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 명세서가 속하는 기술분야에서 공지된 다양한 형태의 온도 측정부(45)가 채용될 수 있다. 또한, 온도 측정부(45)는 내부 온도 측정 모듈과 외부 온도 측정 모듈로 구성될 수 있다. 온도 측정부(45)는 배터리 팩의 내부 온도와 외부 온도를 모두 측정할 수 있다. 이 경우, 온도 측정부(45)는 배터리 팩의 외부 온도와 내부 온도를 모두 고려할 수 있으므로, 배터리 팩이 동작하는 조건으로서 주변 온도에 대한 구체적인 파악이 가능하다.
이어서, 시간 설정부(46)는 온도 측정부(45)에서 측정된 배터리 모듈(13)의 온도에 따라 1차로 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다. 시간 설정부(46)는 온도 측정부(45)에서 측정된 배터리 모듈(13)의 온도를 평균 배터리 온도와 비교하여 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다. 예를 들면, 측정된 배터리 모듈(13)의 온도가 평균 배터리 온도보다 높으면, 시간 설정부(46)는 1차로 설정된 밸런싱 소요시간을 그 온도 차이에 따라 증가시킬 수 있다. 반면, 측정된 배터리 모듈(13)의 온도가 평균 배터리 온도보다 낮으면, 시간 설정부(46)는 1차로 설정된 밸런싱 소요시간을 그 온도 차이에 따라 감소시킬 수 있다.
한편, 셀 밸런싱 장치(40)는 배터리 셀의 방전 전류를 측정하는 전류 측정부(44)를 더 포함할 수 있다. 전류 측정부(44)는 다양한 형태로 구현 가능하다. 예를 들어, 전류 측정부(44)는 충방전 경로 상에 설치된 센스 저항에 인가된 전압을 감지하여 전류를 측정할 수 있다. 이 밖에도 본 명세서가 속한 기술분야에 공지된 다양한 전류 측정 모듈이 채용될 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시예들은 전류 측정부(44))의 구체적인 실시예에 의해 한정되지 않는다.
이어서, 시간 설정부(46)는 전류 측정부(44)에서 측정된 배터리 셀의 전류에 따라 1차로 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다. 시간 설정부(46)는 전류 측정부(44)에서 측정된 배터리 셀의 전류를 평균 방전 전류와 비교하여 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다. 예를 들면, 측정된 배터리 셀의 전류가 평균 방전 전류보다 높으면, 시간 설정부(46)는 1차로 설정된 밸런싱 소요시간을 그 전류 차이에 따라 감소시킬 수 있다. 반면, 측정된 배터리 셀의 전류가 평균 방전 전류보다 낮으면, 시간 설정부(46)는 1차로 설정된 밸런싱 소요시간을 그 전류 차이에 따라 증가시킬 수 있다.
한편, 셀 밸런싱 장치(40)는 배터리 셀 밸런싱 장치(40)에 전원을 공급하는 차량 내부의 시동 전원(미도시)의 임계 전원시간을 측정하는 전원 측정부(43)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 시동 전원은 배터리 셀 밸런싱 장치(40)뿐만 차량 시동시 전원을 공급하고 차량의 전자 장치 등에 전압을 공급한다. 차량이 시동 온(ON)인 경우, 시동 전원은 지속적으로 충전되지만, 차량이 시동 오프(OFF)인 경우에는 충전이 되지 않는다. 따라서 임계 전원시간은 차량이 시동 오프(OFF)인 경우, 차량이 시동 온(ON)시킬 수 있는 예비 시동 전원을 제외하고 배터리 셀 밸런싱 장치(40)에 전원을 최대한 공급할 수 있는 임계 시간으로 나타낼 수 있다.
시간 설정부(46)는 이러한 임계 전원시간을 고려하여 전원 측정부(43)에서 측정된 임계 전원시간 미만으로 1차로 설정된 밸런싱 소요시간을 제한할 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀 밸런싱 장치(40)는 배터리 용량 5.3Ah, 방전 전류 150mA 등을 가지는 배터리 모듈과 배터리 관리 시스템(200)의 특성을 고려하여 밸런싱 소요시간을 산출할 수 있다. 여기서, 밸런싱 소요시간은 차량이 시동 오프(OFF)되더라도 추가로 배터리 셀을 방전할 수 있는 시간을 의미한다.
그러면, 배터리 셀의 셀 밸런싱이 완료되면, 자동으로 배터리 셀 밸런싱 장치(40) 또는 배터리 셀 밸런싱 장치(40)가 포함된 배터리 관리 시스템(200)이 파워 오프(OFF)될 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 밸런싱 소요시간을 이용한 배터리 셀 밸런싱 방법에 대한 흐름도이다.
정보 확인부(41)는 차량이 시동 오프(OFF) 상태인지를 확인한다(S302).
상기 확인 결과(S302), 차량이 시동 오프(OFF) 상태가 되면, 셀 밸런싱부(47)는 배터리 셀이 밸런싱 중인지를 확인한다(S304).
상기 확인 결과(S304), 배터리 셀이 밸런싱 중이 아니면, 셀 밸런싱부(47)는 셀 밸런싱을 수행하지 않고 현재 측정된 충전상태를 저장부에 저장하는 S322 과정을 수행하고 셀 밸런싱 과정을 종료한다.
반면, 상기 확인 결과(S304), 배터리 셀이 밸런싱 중이면, 충전상태 측정부(42)는 배터리 셀의 현재 충전상태를 측정한다(S306).
그리고 시간 설정부(46)는 충전상태 측정부(42)에서 측정된 현재 충전상태와 기설정된 목표 상태 간의 상태 차이를 계산한다(S308).
이어서, 시간 설정부(46)는 배터리 셀의 밸런싱 소요시간을 산출한다(S310).
이후, 시간 설정부(46)는 산출된 배터리 셀의 밸런싱 소요시간을 설정한다(S312).
이때, 시간 설정부(46)는 배터리 셀의 충전상태뿐만 아니라 배터리 팩의 온도, 배터리 셀의 방전 전류, 시동 전원의 임계 전원시간 중 적어도 하나를 고려하여 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다(S314).
셀 밸런싱부(47)는 설정된 밸런싱 소요시간에 따라 배터리 셀의 셀 밸런싱을 수행한다(S316). 밸런싱 소요시간이 증감되면, 셀 밸런싱부(47)는 증감된 밸런싱 소요시간에 따라 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
셀 밸런싱부(47)는 배터리 셀의 셀 밸런싱이 완료되는지 여부를 확인한다(S318).
상기 확인 결과(S318), 배터리 셀의 셀 밸런싱이 완료되면, 충전상태 측정부(42)는 배터리 셀의 완료 충전상태를 측정한다(S320). 반면, 상기 확인 결과(S318), 배터리 셀의 셀 밸런싱이 완료되지 않으면, 셀 밸런싱부(47)는 배터리 셀의 셀 밸런싱이 완료되는지를 모니터링하여 충전상태 측정부(42)에 전달한다.
저장부(48)는 충전상태 측정부(42)에서 측정된 완료 충전상태를 저장한다(S322).
이를 통해, 배터리 셀 밸런싱 장치(40)는 과충전 되어있는 배터리 셀을 효율적으로 방전시킬 수 있다. 즉, 배터리 셀 밸런싱 장치(40)는 배터리 셀의 방전 중 차량 시동이 오프(OFF)가 되더라도 밸런싱 소요시간 동안 방전을 유지한 후 자동으로 셀 밸런싱 동작을 중지할 수 있다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 도 3에서의 밸런싱 소요시간을 증감시키는 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 도 3의 밸런싱 소요시간을 증감시키는 S314 과정을 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
우선, 온도 측정부(45)는 배터리 팩의 온도를 측정한다(S402).
그리고 시간 설정부(46)는 온도 측정부(45)에서 측정된 배터리 팩의 온도에 따라 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다(S404).
한편, 전류 측정부(44)는 배터리 셀의 방전 전류를 측정한다(S406).
그리고 시간 설정부(46)는 전류 측정부(44)에서 측정된 배터리 셀의 방전 전류에 따라 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다(S408).
한편, 전원 측정부(43)는 장치 전원의 임계 전원시간을 측정한다(S410).
그리고 시간 설정부(46)는 전원 측정부(43)에서 측정된 장치 전원의 임계 전원시간에 따라 밸런싱 소요시간을 증감시킬 수 있다(S412).
배터리 팩의 온도를 측정하여 밸런싱 소요시간을 증감시키는 S402 및 S404 과정, 배터리 셀의 방전 전류를 측정하여 밸런싱 소요시간을 증감시키는 S406 및 S408 과정, 장치 전원의 임계 전원시간을 측정하여 밸런싱 소요시간을 증감시키는 S410 및 S412 과정은 특정 순서로 정해지지 않고, 서로 순서에 상관없이 밸런싱 소요시간을 증감시키는 과정이 수행될 수 있다.
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
40: 배터리 셀 밸런싱 장치
41: 정보 확인부
42: 충전상태 측정부
43: 전원 측정부
44: 전류 측정부
45: 온도 측정부
46: 시간 설정부
47: 셀 밸런싱부
48: 저장부
C1, C2, C3, C4: 배터리 셀
R: 방전저항
S1, S2, S3, S4: 스위치

Claims (10)

  1. 배터리 셀이 밸런싱 중인 경우 차량이 시동 오프(OFF) 상태가 되는지 확인하는 정보 확인부;
    배터리 셀이 밸런싱 중인 경우 차량이 시동 오프(OFF) 상태가 되는 경우에 상기 배터리 셀의 밸런싱을 중지하지 않고 유지하면서, 상기 배터리 셀의 현재 충전상태를 측정하는 충전상태 측정부;
    상기 배터리 셀의 현재 충전상태와 기설정된 목표 충전상태 간의 충전상태 차이를 계산하고 상기 계산된 충전상태 차이를 기초로 밸런싱 소요시간을 설정하는 시간 설정부;
    상기 설정된 밸런싱 소요시간 동안 배터리 셀의 밸런싱을 수행하고, 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면 셀 밸런싱 동작을 중지하는 셀 밸런싱부; 및
    상기 배터리 셀 밸런싱 장치에 전원을 공급하는 시동 전원의 임계 전원시간을 측정하는 전원 측정부를 더 포함하고,
    상기 시간 설정부는 상기 측정된 임계 전원시간 미만으로 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 제한하고, 상기 임계 전원시간은 차량이 시동 오프(OFF)인 경우, 차량이 시동 온(ON)시킬 수 있는 예비 시동 전원을 제외하고 상기 셀 밸런싱부에 전원을 최대한 공급할 수 있는 임계 시간인 배터리 셀 밸런싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고,
    상기 시간 설정부는 상기 측정된 배터리 모듈의 온도에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시키는 배터리 셀 밸런싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 방전 전류를 측정하는 전류 측정부를 더 포함하고,
    상기 시간 설정부는 상기 측정된 방전 전류에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시키는 배터리 셀 밸런싱 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 상태 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 측정부는 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면, 상기 완료된 시점에서의 완료 충전상태를 측정하여 상기 저장부에 저장시키는 배터리 셀 밸런싱 장치.
  6. 배터리 셀 밸런싱 장치에서의 배터리 셀 밸런싱 방법에 있어서,
    배터리 셀이 밸런싱 중인 경우 차량이 시동 오프(OFF) 상태가 되는지 확인하는 단계;
    배터리 셀이 밸런싱 중인 경우 차량이 시동 오프(OFF) 상태가 되는 경우에 상기 배터리 셀의 밸런싱을 중지하지 않고 유지하면서, 상기 배터리 셀의 현재 충전상태를 측정하는 단계;
    상기 배터리 셀의 현재 충전상태와 기설정된 목표 충전상태 간의 충전상태 차이를 계산하는 단계;
    상기 계산된 충전상태 차이를 기초로 밸런싱 소요시간을 설정하는 단계;
    상기 설정된 밸런싱 소요시간 동안 배터리 셀의 밸런싱을 수행하고, 상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면 셀 밸런싱 동작을 중지하는 단계; 및
    상기 배터리 셀 밸런싱 장치에 전원을 공급하는 시동 전원의 임계 전원시간을 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 측정된 임계 전원시간 미만으로 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 제한하고, 상기 임계 전원시간은 차량이 시동 오프(OFF)인 경우, 차량이 시동 온(ON)시킬 수 있는 예비 시동 전원을 제외하고 상기 셀 밸런싱부에 전원을 최대한 공급할 수 있는 임계 시간인 배터리 셀 밸런싱 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 밸런싱 소요시간을 설정하는 단계는 상기 측정된 배터리 모듈의 온도에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시키는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 방전 전류를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 밸런싱 소요시간을 설정하는 단계는 상기 측정된 방전 전류에 따라 상기 설정된 밸런싱 소요시간을 증감시키는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 밸런싱이 완료되면, 상기 완료된 시점에서의 완료 충전상태를 측정하여 저장시키는 단계
    를 더 포함하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
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