KR101916789B1 - 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치 - Google Patents

온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치는 차량의 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 상기 배터리 셀의 전압이 기설정된 임계 전압을 초과하면 밸런싱 전류를 발생시키는 셀 밸런싱시키는 모니터링부; 상기 배터리 셀과 연결된 제1 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 구비하고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 상기 제1 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하는 제1 셀 밸런싱부; 및 상기 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 상기 제2 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하되, 온도 변화에 따라 저항값이 가변되는 제1 저항을 통해 온도에 따라 밸런싱 전류를 조정하는 밸런싱 조정부;를 포함한다.

Description

온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING BALANCING CURRENT BASED ON TEMPERATURE}
본 발명은 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도 변화에 따라 추가적인 밸런싱을 턴온 또는 턴오프시켜 온도를 기반으로 하는 밸런싱 전류를 조정함으로써, 밸런싱 전류 제한을 통해 밸런싱 저항을 보호할 수 있는, 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치에 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.
한편, 차량용 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 차량 전자 장치 및 배터리 제어장치를 포함한다.
배터리 팩은 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 팩은 충전된 고전압 직류 전력을 모터 등의 차량 전자 장치에 공급한다.
배터리 제어장치는 복수의 MCU와 상기 MCU를 제어하는 BCU를 포함할 수 있다. 배터리 제어장치는 배터리 팩과 연결되어 배터리 팩의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 팩의 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 셀의 밸런싱 동작은 배터리 관리 시스템의 매우 중요한 요소가 된다.
이에 배터리 팩의 각 셀(Cell) 전압을 측정하여 기준 전압 이상이 되면 배터리 제어장치에서 경고(Alarm) 메시지나 고장(Trip) 메시지를 자동차 컨트롤러 측으로 전송하여 충전을 중단하도록 하고 있다.
그러나 상기 방법은 소프트웨어적인 방법이므로 차량의 통신이 문제가 있거나 셀(Cell) 전압을 잘못 측정하게 되는 경우가 발생할 수 있다. 이때, 이러한 배터리 셀의 밸런싱 동작을 제어하는 배터리 제어장치가 고장되는 경우, 배터리 팩이 과충전되어 부풀어지거나 폭발하는 등의 위험한 상태가 될 수 있다. 즉, 배터리 관리 시스템(BMS)의 고장 또는 오동작의 경우에 배터리가 과충전되어 폭발할 수 있게 되는 문제가 있다.
한편, 이러한 배터리 셀의 밸런싱 기술은 낮은 셀의 전압을 기준으로 이보다 높은 셀 전압을 방전시킨다. 이를 위해, 배터리 관리 시스템에는 배터리 셀의 밸런싱을 위해 배터리 셀 간의 전압을 측정하는 회로, 각 배터리 셀의 전압을 비교하는 회로, 낮은 셀의 전압을 방전시키는 회로 등이 필요하게 된다.
또한, 배터리 관리 시스템은 특정 구간에서만 각 배터리 셀의 전압을 측정하거나 비교하는 것이 아니라, 항상 배터리 셀을 모니터링하고 있어야 한다. 따라서 배터리 관리 시스템의 모니터링 및 제어와 관련된 부하가 가중될 수 있다.
또한, 밸런싱 전류가 과도하게 되면, 밸런싱 저항이 파손될 수 있는 문제점이 있다.
미국 특허공개공보 US20140070772
본 발명의 실시 예들은 온도 변화에 따라 추가적인 밸런싱을 턴온 또는 턴오프시켜 온도를 기반으로 하는 밸런싱 전류를 조정함으로써, 밸런싱 전류 제한을 통해 밸런싱 저항을 보호할 수 있는, 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들은 복수의 밸런싱 조정부를 더 포함하는 경우, 온도 변화에 따라 단계별로 발생된 밸런싱 전류를 조정할 수 있는, 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 차량의 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 상기 배터리 셀의 전압이 기설정된 임계 전압을 초과하면 밸런싱 전류를 발생시키는 셀 밸런싱시키는 모니터링부; 상기 배터리 셀과 연결된 제1 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 구비하고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 상기 제1 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하는 제1 셀 밸런싱부; 및 상기 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 상기 제2 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하되, 온도 변화에 따라 저항값이 가변되는 제1 저항을 통해 온도에 따라 밸런싱 전류를 조정하는 밸런싱 조정부;를 포함하는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치가 제공될 수 있다.
상기 밸런싱 조정부는, 상기 배터리 셀 및 상기 제1 셀 밸런싱부와의 연결 라인과 병렬로 연결되며, 상기 밸런싱 조정부와는 다른 복수의 밸런싱 조정부를 더 포함하는 경우, 온도 변화에 따라 단계별로 상기 발생된 밸런싱 전류를 조정할 수 있다.
상기 밸런싱 조정부는, 상기 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 상기 제2 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하는 제2 셀 밸런싱부; 및 구비된 제1 저항을 이용하여 온도에 따라 밸런싱 전류를 조정하되, 온도 변화에 따라 변경된 밸런싱 전류를 이용하여 상기 제2 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱을 턴온시키거나 턴오프시키는 전류 변경부를 포함할 수 있다.
상기 제2 밸런싱부는, 상기 제1 밸런싱 저항 및 상기 제1 스위치와 각각 동일한 밸런싱 저항 및 스위치로 이루어질 수 있다.
제2 셀 밸런싱부는, 상기 배터리 셀 및 상기 제1 셀 밸런싱부와 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제2 셀 밸런싱부는, 상기 제1 저항 및 제2 저항 사이에 연결되고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 상기 제2 스위치의 게이트 단으로 입력받는 제2 스위치; 및 상기 제2 스위치의 소스 단 및 상기 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항을 포함할 수 있다.
상기 전류 변경부는, 소스 단에 상기 제2 셀 밸런싱부와 연결되고, 게이트 단에 상기 모니터링부와 연결되어 상기 발생된 밸런싱 전류를 게이트 단으로 입력받는 제3 스위치; 상기 제3 스위치의 드레인 단과 연결되고, 온도 변화에 따라 밸런싱 전류를 변경하는 제1 저항; 및 상기 제1 저항과 연결되고, 상기 제2 셀 밸런싱부와 연결되는 제2 저항을 포함하고, 온도 변화에 따라 변경된 밸런싱 전류가 상기 제2 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱을 턴온시키거나 턴오프시킬 수 있다.
제1 저항은 온도상승시 저항값이 상기 제2 저항에 비해 커지게 되고, 상기 제2 스위치의 게이트-소스 전압이 0V에 근사화되어 밸런싱 전류가 흐르지 않을 수 있다.
밸런싱 동작시 온도가 낮을 때 흐르는 전류는 상기 배터리 셀의 셀 전압을 밸런싱 저항으로 나눈 값의 2배인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 온도 변화에 따라 추가적인 밸런싱을 턴온 또는 턴오프시켜 온도를 기반으로 하는 밸런싱 전류를 조정함으로써, 밸런싱 전류 제한을 통해 밸런싱 저항을 보호할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 복수의 밸런싱 조정부를 더 포함하는 경우, 온도 변화에 따라 단계별로 발생된 밸런싱 전류를 조정할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 별도의 로직 없이 하드웨어(H/W) 구성만으로 밸런싱 전류를 제어할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 셀의 밸런싱 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 과정에 따른 밸런싱 전류에 대한 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
도 1은 일반적인 배터리 셀의 밸런싱 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 배터리 셀의 밸런싱 장치(100)는 셀 밸런싱부(110) 및 모니터링부(120)를 포함한다.
이하, 도 1의 일반적인 배터리 셀의 밸런싱 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
셀 밸런싱부(110)는 배터리 셀(10)과 연결된 밸런싱 저항(Rb) 및 스위치(Q1)를 구비한다. 셀 밸런싱부(110)는 모니터링부(120)에서 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 스위치(Q1)를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행한다.
모니터링부(120)는 차량의 배터리 셀(10)의 전압을 모니터링하여 배터리 셀(10)의 전압이 기설정된 임계 전압을 초과하면 밸런싱 전류를 발생시킨다. 모니터링부(120)는 모니터링 회로(Monitoring IC)로 구현될 수 있다.
여기서, 밸런싱 동작시 흐르는 전류는 [밸런싱 전류 = 셀전압 / 밸런싱 저항]와 같이, 측정된 셀 전압을 밸런싱 저항(Rb)으로 나눈 값이 밸런싱 전류 값이 될 수 있다.
한편, 도 1의 밸런싱 장치(100)에서 동작 모드에 따른 FET 상태표를 살펴보기로 한다.
Figure 112016110488373-pat00001
상기의 [표 1]에 나타난 바와 같이, 도 1의 밸런싱 장치에서 밸런싱 미동작인 경우, 밸런싱 SW는 오프이고, 제2 트랜지스터(Q2)는 턴 오프가 된다.
제2 트랜지스터(Q2)가 오프이므로, 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트-소스 전압은 0V가 된다. 그리고 제1 트랜지스터(Q1)는 오프가 된다.
반면, 도 1의 밸런싱 장치에서 밸런싱 미동작인 경우, 밸런싱 SW는 턴 온이고, 제2 트랜지스터(Q2)는 턴 온이 된다.
제2 트랜지스터(Q2)가 턴 온이므로, 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트-소스 전압은 Vc가 된다. 그리고 제1 트랜지스터(Q1)는 턴 온이 된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치의 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치(200)는 제1 셀 밸런싱부(210), 모니터링부(220) 및 밸런싱 조정부(230)를 포함한다.
도 2에 도시된 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치(200)는 도 1과 비교하여 밸런싱 조정부(230)를 더 포함하고 있다. 밸런싱 조정부(230)는 도 1의 밸런싱 장치의 밸런싱 경로(path)에 병렬로 추가되어 있다.
이하, 도 2의 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치(200)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
모니터링부(220)는 차량의 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 배터리 셀의 전압이 기설정된 임계 전압을 초과하면 밸런싱 전류를 발생시킨다.
제1 셀 밸런싱부(210)는 배터리 셀과 연결된 제1 밸런싱 저항(Rb) 및 제1 스위치(Q1)를 구비한다. 제1 셀 밸런싱부(210)는 모니터링부(220)에서 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 제1 스위치(Q1)를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행한다.
밸런싱 조정부(230)는 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항(Rb) 및 제2 스위치(Q4)를 구비한다.
밸런싱 조정부(230)는 모니터링부(220)에서 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 제2 스위치(Q4)를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행한다. 여기서, 밸런싱 조정부(230)는 온도 변화에 따라 저항값이 가변되는 제1 저항(R1)을 통해 온도에 따라 밸런싱 전류를 조정한다. 즉, 밸런싱 조정부(230)는 온도변화에 따라 도 1의 제2 밸런싱 저항(Rb)을 이용한 밸런싱 과정을 턴온 또는 턴오프시켜줄 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치(200)는 온도에 따라 밸런싱 전류를 제어할 수 있는 회로로 구성될 수 있다.
배터리 셀은 Vc 전압을 가지고 양극 및 음극에 각각 퓨즈를 통해 밸런싱 전류 제어 장치(200)와 연결될 수 있다.
제1 셀 밸런싱부(210)는 배터리 셀과 연결된 제1 밸런싱 저항(Rb) 및 제1 스위치(Q1)를 구비한다. 제1 스위치(Q1)는 제1 트랜지스터(Q1)로 지칭될 수 있다.
제1 셀 밸런싱부(210)는 모니터링부(220)에서 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 제1 스위치(Q1)를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행한다.
모니터링부(220)는 차량의 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 배터리 셀의 전압이 기설정된 임계 전압을 초과하면 밸런싱 전류를 발생시킨다. 모니터링부(220)는 밸런싱 S/W, 제2 트랜지스터(Q2) 및 저항 등을 구비한다.
한편, 밸런싱 조정부(230)는, 제2 셀 밸런싱부(231) 및 전류 변경부(232)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 셀 밸런싱부(231)는, 제2 스위치(Q4), 제2 밸런싱 저항(Rb), 제2 셀 밸런싱부(231)를 포함한다. 여기서, 제2 스위치(Q4)는 제4 트랜지스터(Q4)로 지칭될 수 있다.
제2 스위치(Q4)는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2) 사이에 연결된다. 그리고 제2 스위치(Q4)는 모니터링부(220)에서 발생된 밸런싱 전류를 제2 스위치(Q4)의 게이트 단으로 입력받는다.
제2 밸런싱 저항(Rb)은 제2 스위치(Q4)의 소스 단 및 배터리 셀과 연결된다.
제2 셀 밸런싱부(231)는, 배터리 셀 및 제1 셀 밸런싱부(210)와 병렬로 연결된다. 여기서, 저항값과 관련하여 살펴보면, 제2 밸런싱부는 제1 밸런싱 저항(Rb) 및 제1 스위치(Q1)와 각각 동일한 밸런싱 저항 및 스위치로 이루어질 수 있다.
제2 셀 밸런싱부(231)는 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항(Rb) 및 제2 스위치(Q4)를 구비한다. 제2 셀 밸런싱부(231)는 모니터링부(220)에서 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 제2 스위치(Q4)를 턴 온시킨다. 그래서 제2 셀 밸런싱부(231)는 제2 밸런싱 저항(Rb)을 통해 셀 밸런싱을 수행한다.
전류 변경부(232)는 구비된 제1 저항(R1)을 이용하여 온도에 따라 밸런싱 전류를 조정한다. 이때, 전류 변경부(232)는 온도 변화에 따라 변경된 밸런싱 전류를 이용하여 제2 셀 밸런싱부(231)의 셀 밸런싱을 턴온시키거나 턴오프시킬 수 있다.
전류 변경부(232)는 제3 스위치(Q3), 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다.
제3 스위치(Q3)는 소스 단에 제2 셀 밸런싱부(231)와 연결되고, 게이트 단에 모니터링부(220)와 연결되어 발생된 밸런싱 전류를 게이트 단으로 입력받는다.
제1 저항(R1)은 제3 스위치(Q3)의 드레인 단과 연결된다. 제1 저항(R1)은 온도 변화에 따라 밸런싱 전류를 변경한다.
여기서, 제1 저항(R1)은 PTC(Positive Temperature Coefficient, 정특성 온도 계수) 저항이다. 제1 저항(R1)은 온도상승시 저항값이 제2 저항(R2)에 비해 커지게 된다(R1 >> R2). 그래서 제2 스위치(Q4)의 게이트-소스 전압이 0V에 근사화(Vgs=~0V)되어 밸런싱 전류가 흐르지 않게 된다. 이를 그래프로 나타내면 도 4와 같이 도시될 수 있다
제2 저항(R2)은 제1 저항(R1)과 연결된다. 또한, 제2 저항(R2)은 제2 셀 밸런싱부(231)와 연결된다.
여기서, 온도 변화에 따라 변경된 밸런싱 전류가 상기 제2 셀 밸런싱부(231)의 셀 밸런싱을 턴온시키거나 턴오프시킬 수 있다.
밸런싱 동작시 온도가 낮을 때 흐르는 전류는 상기 배터리 셀의 셀 전압을 밸런싱 저항으로 나눈 값의 2배인 것을 특징으로 한다. 즉, 밸런싱 동작시 흐르는 전류는 [밸런싱 전류 = (셀전압 / 밸런싱 저항)*2]이 될 수 있다.
한편, 도 3의 밸런싱 장치에서 동작 모드에 따른 FET 상태표를 살펴보기로 한다.
Figure 112016110488373-pat00002
상기의 [표 2]에 나타난 바와 같이, 도 3의 밸런싱 전류 제어 장치(200)에서 밸런싱 미동작인 경우, 밸런싱 SW는 오프이고, 제2 트랜지스터(Q2)는 턴 오프가 된다.
제2 트랜지스터(Q2)가 오프이므로, 제3 트랜지스터(Q3)의 게이트-소스 전압은 -Vc가 된다. 그리고 제3 트랜지스터(Q1)는 오프가 된다. 여기서, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에는 전압이 걸리지 않게 된다.
반면, 도 3의 밸런싱 전류 제어 장치(200)에서 밸런싱 미동작인 경우, 밸런싱 SW는 턴 온이고, 제2 트랜지스터(Q2)는 턴 온이 된다.
제2 트랜지스터(Q2)가 턴 온이므로, 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트-소스 전압은 0V가 된다. 그리고 제3 트랜지스터(Q1)는 턴 온이 된다. 여기서, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에는 각각 ~0V 및 ~Vc 전압이 걸리게 된다. 그리고 제4 트랜지스터(Q4)는 턴 온이 된다.
한편, 도 3의 밸런싱 전류 제어 장치(200)에서 밸런싱 동작 중 제1 저항(R1)의 온도가 상승하는 경우, 밸런싱 SW는 턴 온이고, 제2 트랜지스터(Q2)는 턴 온이 된다.
제2 트랜지스터(Q2)가 턴 온이므로, 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트-소스 전압은 0V가 된다. 그리고 제3 트랜지스터(Q1)는 턴 온이 된다. 여기서, 온도 상승에 따라 제1 저항(R1)의 저항값이 커지므로, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에는 각각 ~Vc 및 ~0V 전압이 걸리게 된다. 그리고 제4 트랜지스터(Q4)는 턴 오프가 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 과정에 따른 밸런싱 전류에 대한 설명도이다.
밸런싱 조정부(230)는, 배터리 셀 및 상기 제1 셀 밸런싱부(210)와의 연결 라인과 병렬로 연결된다.
도 1의 밸런싱 장치에서 발생된 밸런싱 전류는 온도에 상관없이 동일한 밸런싱 전류(401)가 발생된다.
반면, 도 4의 밸런싱 전류 제어 장치(200)에서 발생된 밸런싱 전류(402)는 온도가 상승함에 따라 밸런싱 전류가 변경된다. 여기서, 밸런싱 조정부(230)가 복수 개로 병렬 연결되어 온도에 따라 순차적으로 턴 온되거나 턴 오프됨으로써, 온도가 상승함에 따라 단계적으로 밸런싱 전류(402)가 변경될 수 있다.
이와 같이, 밸런싱 조정부(230)는, 밸런싱 조정부(230)와는 다른 복수의 밸런싱 조정부를 더 포함하는 경우, 온도 변화에 따라 발생된 밸런싱 전류를 단계별로 조정할 수 있다. 밸런싱 전류 제어 장치(200)는 밸런싱 조정부(230)의 적용 개수가 늘어날수록 밸런싱 전류를 세부적으로 조정할 수 있다.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 배터리 셀
100: 밸런싱 장치
110: 셀 밸런싱부
120, 220: 모니터링부
200: 밸런싱 전류 제어 장치
210: 제1 셀 밸런싱부
230: 밸런싱 조정부
231: 제2 셀 밸런싱부
232: 전류 변경부

Claims (9)

  1. 차량의 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 상기 배터리 셀의 전압이 기설정된 임계 전압을 초과하면 밸런싱 전류를 발생시키는 셀 밸런싱시키는 모니터링부;
    상기 배터리 셀과 연결된 제1 밸런싱 저항 및 제1 스위치를 구비하고, 상기 제1 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하는 제1 셀 밸런싱부; 및
    상기 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 제2 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하되, 상기 밸런싱 전류를 조정하도록 온도 변화에 따라 저항값이 가변되는 제1 저항에 걸리는 전압에 따라 상기 제2 스위치의 턴 오프를 제어하는 밸런싱 조정부를 포함하는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱 조정부는,
    상기 배터리 셀 및 상기 제1 셀 밸런싱부와의 연결 라인과 병렬로 연결되며, 상기 밸런싱 조정부와는 다른 복수의 밸런싱 조정부를 더 포함하는 경우, 온도 변화에 따라 단계별로 상기 발생된 밸런싱 전류를 조정하는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱 조정부는,
    상기 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 입력받아 상기 제2 스위치를 턴 온시켜 셀 밸런싱을 수행하는 제2 셀 밸런싱부; 및
    구비된 제1 저항을 이용하여 온도에 따라 밸런싱 전류를 조정하되, 온도 변화에 따라 변경된 밸런싱 전류를 이용하여 상기 제2 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱을 턴온시키거나 턴오프시키는 전류 변경부
    를 포함하는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 셀 밸런싱부는,
    상기 제1 밸런싱 저항 및 상기 제1 스위치와 각각 동일한 밸런싱 저항 및 스위치로 이루어지는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 셀 밸런싱부는,
    상기 배터리 셀 및 상기 제1 셀 밸런싱부와 병렬로 연결되는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 셀 밸런싱부는,
    상기 제1 저항 및 제2 저항 사이에 연결되고, 상기 발생된 밸런싱 전류를 상기 제2 스위치의 게이트 단으로 입력받는 제2 스위치; 및
    상기 제2 스위치의 소스 단 및 상기 배터리 셀과 연결된 제2 밸런싱 저항
    을 포함하는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전류 변경부는,
    소스 단에 상기 제2 셀 밸런싱부와 연결되고, 게이트 단에 상기 모니터링부와 연결되어 상기 발생된 밸런싱 전류를 게이트 단으로 입력받는 제3 스위치;
    상기 제3 스위치의 드레인 단과 연결되고, 온도 변화에 따라 밸런싱 전류를 변경하는 제1 저항; 및
    상기 제1 저항과 연결되고, 상기 제2 셀 밸런싱부와 연결되는 제2 저항을 포함하고,
    온도 변화에 따라 변경된 밸런싱 전류가 상기 제2 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱을 턴온시키거나 턴오프시키는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 저항은
    온도상승시 저항값이 상기 제2 저항에 비해 커지게 되고, 상기 제2 스위치의 게이트-소스 전압이 0V에 근사화되어 밸런싱 전류가 흐르지 않는 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치.
  9. 삭제
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