KR102258557B1 - 배터리 밸런싱 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 밸런싱 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 하나 이상의 배터리 모듈과 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부의 온도값을 측정하고, 측정된 온도값이 일정 기준값 이상인 경우, 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부와 보조 밸런싱부를 연결함으로써, 하나 이상의 밸런싱부에 인가되는 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 분배할 수 있으며, 이를 통해 하나 이상의 밸런싱부에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있는 배터리 밸런싱 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 배터리 밸런싱 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 하나 이상의 배터리 모듈과 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부의 온도값을 측정하고, 측정된 온도값이 일정 기준값 이상인 경우, 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부와 보조 밸런싱부를 연결함으로써, 하나 이상의 밸런싱부에 인가되는 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 분배할 수 있으며, 이를 통해 하나 이상의 밸런싱부에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있는 배터리 밸런싱 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 2차 전지는 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치와 같은 고용량을 필요로 하는 환경에서는 단위 2차 전지 셀(Cell)을 복수 개 접합함으로써 하나의 배터리 모듈로 사용할 수 있으며, 경우에 따라 배터리 모듈을 복수 개 접합하여 사용할 수 있다.
복수의 배터리 모듈을 함께 사용하는 경우, 복수의 배터리 모듈의 노화상태(State of Health; SOH) 및 충전상태(State of Charge; SOC) 등 다양한 원인으로 인해 배터리 모듈마다 편차가 생기는 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 각각의 배터리 모듈에 각각 밸런싱부를 설치하고, 밸런싱부를 통해 각각의 배터리 모듈의 편차를 감소시키는 기술이 필요하다.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 각 배터리 모듈마다 밸런싱 저항을 설치하고 밸런싱 저항에 인가된 배터리 모듈의 전압값을 열 에너지로 소모함으로써 배터리 모듈간의 편차를 감소시키는 방법을 사용하였다.
한편, 이러한 종래의 배터리 밸런싱 기술의 경우, 밸런싱 저항에 인가되는 배터리 모듈의 전압값이 크거나 오랜 시간 동안 배터리 모듈의 전?값이 밸런싱 저항에 인가되는 경우, 밸런싱 저항에서 많은 양의 열 에너지가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 열 에너지는 배터리 및 배터리를 관리하기 위한 배터리 관리 시스템에 악영향을 미칠 수 있으며, 시스템의 오류를 발생시킴으로써 사용자로 하여금 배터리 관리 시스템의 신뢰도를 떨어뜨리게 된다.
이에, 본 발명자는 종래의 배터리 밸런싱 시스템 및 방법이 가지는 문제점을 해결하기 위해, 하나 이상의 배터리 모듈과 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부의 온도값을 측정하고, 측정된 온도값이 일정 기준값 이상인 경우, 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부와 보조 밸런싱부를 연결함으로써, 하나 이상의 밸런싱부에 인가되는 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 분배할 수 있고, 이를 통해 하나 이상의 밸런싱부에서 발생하는 열을 분산시킬 수 있는 배터리 밸런싱 시스템 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 하나 이상의 배터리 모듈과 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부의 온도값을 측정하고, 측정된 온도값이 일정 기준값 이상인 경우, 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부와 보조 밸런싱부를 연결함으로써, 하나 이상의 밸런싱부에 인가되는 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 분배할 수 있으며, 이를 통해 하나 이상의 밸런싱부에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있는 배터리 밸런싱 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 밸런싱 시스템은, 하나 이상의 배터리 모듈과 각각 연결되며, 상기 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부, 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값을 측정하는 온도 측정부, 상기 하나 이상의 밸런싱부와 연결되며, 상기 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 보조 밸런싱부, 일측이 상기 하나 이상의 밸런싱부와 연결되고, 타측이 상기 보조 밸런싱부와 연결된 스위칭부 및 측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값에 기반하여 상기 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보조 밸런싱부는, 하나 이상의 저항을 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제1 기준값 이상인 경우, 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제2 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 밸런싱부가 밸런싱 동작을 정지하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 기준값의 크기는 상기 제2 기준값의 크기 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결하되, 기 설정된 시간동안 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 상기 제1 기준값 이하로 떨어지지 않는 경우, 연결된 상기 하나 이상의 저항에 상기 하나 이상의 저항을 추가로 연결할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보조 밸런싱부에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하여 상기 하나 이상의 배터리 모듈 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 모듈의 전압을 상기 보조 밸런싱부에 인가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 밸런싱 방법은, 하나 이상의 밸런싱부를 통해 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 단계, 온도 측정부가 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도를 측정하는 단계, 제어부가 측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값에 기반하여 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하는 단계 및 상기 스위칭부의 도통 상태를 기반으로 보조 밸런싱부가 상기 하나 이상의 밸런싱부와 연결되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보조 밸런싱부는, 하나 이상의 저항을 포함할 수 있으며, 상기 제어하는 단계는, 측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제1 기준값 이상인 경우, 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제2 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 밸런싱부가 밸런싱 동작을 정지하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 기준값의 크기는 상기 제2 기준값의 크기 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결하되, 기 설정된 시간동안 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 상기 제1 기준값 이하로 떨어지지 않는 경우, 연결된 상기 하나 이상의 저항에 상기 하나 이상의 저항을 추가로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 밸런싱 방법은, 전압 측정부가 상기 보조 밸런싱부에 인가되는 전압을 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어하는 단계는, 상기 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하여 상기 하나 이상의 배터리 모듈 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 모듈의 전압을 상기 보조 밸런싱부에 인가시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 배터리 모듈과 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 일정 기준값 이상인 경우, 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부와 보조 밸런싱부를 연결하여 하나 이상의 밸런싱부에 인가되는 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 분배함으로써, 하나 이상의 밸런싱부에서 발생된 열을 효과적으로 분산시킬 수 있어 고용량의 배터리 모듈을 복수개 접합하여 사용하는 경우에도 적용이 가능하다.
또한, 제어부가 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하여 측정하고자 하는 배터리 모듈의 전압값을 보조 밸런싱부에 인가하고, 전압 측정부가 보조 밸런싱부에 인가된 배터리 모듈의 전압을 측정함으로써, 배터리 모듈의 전압을 측정하기 위해 별도의 전압 측정용 저항을 설치하지 않아 시스템이 간소화될 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)에서 스위칭부(130)와 보조 밸런싱부(140)의 연결 관계를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)에서 스위칭부(130)와 복수의 저항을 포함하는 보조 밸런싱부(140)의 연결 관계를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)을 통해 배터리를 밸런싱하는 일련의 과정에 대해 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)에서 스위칭부(130)와 보조 밸런싱부(140)의 연결 관계를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)에서 스위칭부(130)와 복수의 저항을 포함하는 보조 밸런싱부(140)의 연결 관계를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)을 통해 배터리를 밸런싱하는 일련의 과정에 대해 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)에서 스위칭부(130)와 보조 밸런싱부(140)의 연결 관계를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)은 밸런싱부(110), 온도 측정부(120), 스위칭부(130), 보조 밸런싱부(140), 제어부(150) 및 전압 측정부(160)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 하나 이상의 밸런싱부(110)는 하나 이상의 배터리 모듈(10)에 각각 연결될 수 있으며, 하나 이상의 밸런싱부(110)는 하나 이상의 배터리 모듈(10)의 전압값을 소모할 수 있다. 이를 위해 하나 이상의 밸런싱부(110)는 저항(111) 및 스위칭소자(112)를 각각 포함할 수 있다.
저항(111)은 연결된 하나 이상의 배터리 모듈(10)의 전압값을 인가 받을 수 있으며, 인가 받은 전압값을 열 에너지로 소모할 수 있다.
스위칭소자(112)는 후술되는 제어부(150)을 통해 도통 상태를 제어 받을 수 있다. 예를 들어 하나 이상의 배터리 모듈(10)간의 전압값 편차에 기반하여 밸런싱 동작이 필요한 경우 온(ON)상태가 되고, 밸런싱 동작이 필요하지 않은 경우 오프(OFF)상태가 되도록 제어 받을 수 있다.
여기서 밸런싱 동작은 후술되는 제어부(150)를 통해 스위칭소자(112)가 온상태가 되고, 저항(111)이 배터리 모듈(10)의 전압값을 인가 받아 열 에너지로 소모함으로써, 배터리 모듈(10)의 전압값을 소모하는 동작을 의미할 수 있다. 따라서, 명세서 내에서 밸런싱 동작을 정지시킨다는 것은 하나 이상의 밸런싱부(110)에 각각 포함된 스위칭소자(112)를 오프상태가 되도록 제어함으로써, 저항(111)에서 배터리 모듈(10)의 전압값을 소모하지 못하도록 하는 것을 의미할 수 있다. 또한 여기서, 스위칭소자(112)는 일반적으로 사용되는 스위치(Switch)로 도시되어 있으나, 릴레이(Relay), 모스펫(Metal Oxide Silicon Field Effect transistor; MOSFET)과 같이 회로의 개폐상태를 제어할 수 있는 개폐장치 중 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.
온도 측정부(120)는 하나 이상의 밸런싱부(110)의 온도를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 온도 측정부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 하나 이상의 밸런싱부(110)에 각각 연결되며, 연결된 각각의 밸런싱부(110)에 대한 온도값을 측정할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 하나의 온도 측정부(120)가 하나 이상의 밸런싱부(110)의 온도값을 선택적으로 측정할 수 있다. 하나 이상의 배터리 모듈(10)간의 편차가 없거나 편차의 크기가 기 설정된 크기값 미만인 경우, 후술되는 제어부(150)는 하나 이상의 밸런싱부(110)가 밸런싱 동작을 하지 않도록 제어할 수 있다. 이러한 경우 배터리 모듈(10)의 전압이 밸런싱부(110)에 인가되지 않으며, 밸런싱부(110)에 포함된 저항(111)이 열 에너지로 소모하지 않아 온도의 변화가 발생하지 않을 수 있다. 따라서 온도 측정부(120)는 후술되는 제어부(150)를 통해 밸런싱 동작을 수행하는 하나 이상의 밸런싱부(110)의 온도값만 선택적으로 측정할 수 있다.
스위칭부(130)는 일측이 하나 이상의 밸런싱부(110)와 연결될 수 있고, 타측이 후술되는 보조 밸런싱부(140)와 연결될 수 있다. 스위칭부(130)는 하나 이상의 스위칭소자(130a 내지 130d)를 포함하여 구성될 수 있으며, 후술되는 제어부(150)를 통해 도통상태를 제어 받음으로써, 하나 이상의 밸런싱부와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 스위칭부(130)에 포함된 하나 이상의 스위칭소자(130a 내지 130d) 중 두개의 스위칭소자(130a 및 130c)를 온상태로 제어함으로써 밸런싱부(110a)와 후술되는 보조 밸런싱부(140)를 병렬 연결시킬 수 있다. 또한, 스위칭부(130)에 포함된 하나 이상의 스위칭소자(130a 내지 130d) 중 두개의 스위칭소자(130b 및 130d)를 온상태로 제어함으로써 밸런싱부(110b)와 보조 밸런싱부(140)를 병렬 연결시킬 수 있다.
보조 밸런싱부(140)는 후술되는 제어부(140)가 스위칭부(130)를 제어함으로써 하나 이상의 밸런싱부(110)와 선택적으로 연결될 수 있으며, 연결된 하나 이상의 밸런싱부(110)에 인가되는 하나 이상의 배터리 모듈(10)의 전압값을 분배 받아 하나 이상의 배터리 모듈(10)의 전압값을 소모할 수 있다. 이를 위해 일 실시예에서, 보조 밸런싱부(140)는 저항을 포함할 수 있으며, 저항을 통해 분배 받은 하나 이상의 배터리 모듈(10)의 전압값을 열 에너지로 소모할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 보조 밸런싱부(140)는 복수의 저항을 포함할 수 있다. 각각의 저항은 후술되는 제어부(150)를 통해 상호 병렬 연결될 수 있다. 이하 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)에서 스위칭부(130)과 복수의 저항을 포함하는 보조 밸런싱부(140)를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 보조 밸런싱부(140)는 복수의 저항을 포함할 수 있으며, 각각의 저항은 후술되는 제어부(150)를 통해 상호 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(120)를 통해 측정된 밸런싱부(110a)의 온도가 기 설정된 값 이상인 경우, 후술되는 제어부(150)는 스위칭부(130)의 도통 상태를 제어하여 보조 밸런싱부(140)에 포함된 복수의 저항 중 하나의 저항을 밸런싱부(110a)와 연결할 수 있다. 그러나 저항을 연결하였음에도 불구하고 밸런싱부(110a)의 온도가 상승하거나 떨어지지 않는 경우, 제어부(150)는 보조 밸런싱부(140)를 제어하여 밸런싱부(110a)와 연결된 하나의 저항에 추가적으로 하나 이상의 저항을 병렬 연결함으로써, 밸런싱부(110a)에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 각각의 저항은 서로 다른 밸런싱부(110)에 연결되어 개별적으로 배터리 모듈(10)의 전압값을 소모할 수 있다. 예를 들어, 복수의 저항 중 하나의 저항은 밸런싱부(110a)와 연결될 수 있고, 복수의 저항 중 다른 저항은 밸런싱부(110b)와 연결될 수 있다.
다시 도 1 및 2로 돌아와서, 제어부(150)는 온도 측정부(120)를 통해 측정된 하나 이상의 밸런싱부(110)의 온도값에 기반하여 스위칭부(130)의 도통 상태를 선택적으로 제어할 수 있다.
제어부(150)는 측정된 하나 이상의 밸런싱부(110)의 온도값이 제1 기준값 이상인 경우, 스위칭부(130)의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부(110)와 보조 밸런싱부(140)에 포함된 저항을 연결할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 측정된 하나 이상의 밸런싱부(110)의 온도값이 제2 기준값 이상인 경우, 하나 이상의 밸런싱부(110)가 밸런싱 동작을 정지하도록 제어할 수 있다.
여기서 제1 기준값은 하나 이상의 밸런싱부(110)에서 발생하는 열 에너지로 인해 배터리 모듈(10), 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100) 및 배터리 밸런싱 시스템(100)을 포함하는 배터리 관리 시스템을 구성하는 구성요소가 손상되는 것을 방지하기 위해서 기 설정된 온도값일 수 있다. 또한 제2 기준값은 배터리 모듈(10), 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100) 및 배터리 밸런싱 시스템(100)을 포함하는 배터리 관리 시스템을 구성하는 구성요소가 허용 가능한 최대 온도값일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 기준값의 크기는 제2 기준값의 크기 미만으로 설정될 수 있다. 일 예로, 제1 기준값은 제2 기준값 크기보다 10℃ 내지 20℃ 작은 값일 수 있다. 제어부(150)는 제1 기준값에 도달한 하나 이상의 밸런싱부(110)에 보조 밸런싱부(140)를 연결하여 온도를 분산시킴으로써, 온도가 더욱 상승되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 하나 이상의 밸런싱부(110)의 온도값이 허용 가능한 최대 온도값인 제2 기준값에 도달하지 않도록 함으로써, 고용량 배터리 모듈(10)이 접합되어 사용하는 경우에도 효과적으로 온도를 분산시킬수 있고, 고온으로 인해 구성요소들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전압 측정부(160)는 보조 밸런싱부에 인가되는 전압을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(150)는 스위칭부(130)의 도통 상태를 선택적으로 제어하여 하나 이상의 배터리 모듈(10) 중 전압값을 측정하고자 하는 배터리 모듈(10)의 전압값을 보조 밸런싱부(140)에 인가시킬 수 있다. 전압 측정부(160)는 보조 밸런싱부(140)에 인가된 배터리 모듈(10)의 전압값을 측정할 수 있으며, 측정하고자 하는 배터리 모듈(10)의 전압값을 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 측정부(160)는 밸런싱 동작을 수행하고 있는 보조 밸런싱부(140)에서 측정되는 배터리 모듈(10)의 전압값을 측정하여 제어부(150)에 지속적으로 제공할 수 있으며, 제어부(150)는 제공 받은 전압값을 기반으로 배터리 모듈(10)이 소모되야할 크기만큼 전압값을 소모한 경우, 배터리 모듈(10)이 밸런싱 동작을 정지하도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어부(150)는 배터리 모듈(10)의 전압값을 실시간으로 제공 받아 모니터링 할 수 있으며, 배터리 모듈(10)의 전압 편차만큼의 전압값이 소모된 경우 즉각 밸런싱 동작을 정지시킴으로써, 배터리 모듈(10)간의 편차를 보다 정교하게 제어할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 보조 밸런싱부(140)가 복수의 저항을 포함하는 경우, 복수의 저항 중 하나의 저항을 전압 측정용 저항으로 설정하고, 밸런싱 동작을 수행하기 위한 다른 저항들과 별개로 전압을 측정하기 위해 개별적으로 배터리 모듈(10)과 연결됨으로써 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)은 배터리 모듈(10)의 전압값을 측정하기 위해 전압 측정용 션트 저항을 별도로 추가하지 않아 배터리 밸런싱 시스템(100)을 보다 간소화 시킬 수 있다는 이점이 있다. 이하 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)을 이용하여, 배터리 모듈(10)간의 편차를 줄이기 위해 배터리를 밸런싱하는 일련의 과정에 대하여 설명하도록 한다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템(100)을 통해 배터리를 밸런싱하는 일련의 과정에 대해 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 전압 측정부가 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값 측정한다(S110). 제어부는 S110단계에서 측정된 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 기반으로 각 배터리 모듈간의 전압 편차를 산출하고, 산출된 전압 편차를 기반으로 밸런싱 동작의 수행이 필요한 배터리 모듈을 선택한다. 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값 편차를 기반으로 하나 이상의 밸런싱부가 밸런싱 동작을 수행한다(S120). S120단계에서 하나 이상의 밸런싱부는 저항을 통해 배터리 모듈의 전압을 열 에너지로 소모하게되며, 온도 측정부는 밸런싱 동작으로 인해 온도가 상승된 하나 이상의 밸런싱부의 온도를 측정한다(S130).
S130단계에서, 측정된 온도값이 제1 기준값 이상이 아닌 경우, 하나 이상의 밸런싱부는 밸런싱 동작을 유지하여 계속 밸런싱 동작을 수행한다(S140). S130단계에서 측정된 온도값에 제1 기준값 이상이고 제2 기준값 이하인 경우, 제어부는 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부와 보조 밸런싱부를 연결한다(S160). S160단계를 통해 하나 이상의 밸런싱부에 인가되는 전압이 보조 밸런싱부에 일부 분배됨으로써 하나 이상의 밸런싱부에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있다. 만약 S130단계에서 축정된 온도값이 제2 기준값 이상인 경우, 제어부는 하나 이상의 밸런싱부의 밸런싱 동작을 정지시킨다(S150).
살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 시스템 및 방법은 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 일정 기준값 이상인 경우, 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 하나 이상의 밸런싱부와 보조 밸런싱부를 연결하여 하나 이상의 밸런싱부에 인가되는 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 분배함으로써, 고용량의 배터리 모듈을 복수개 접합하여 사용하는 경우에도 하나 이상의 밸런싱부에서 발생된 열을 효과적으로 분산시킬 수 있다.
또한, 제어부가 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하여 측정하고자 하는 배터리 모듈의 전압값을 보조 밸런싱부에 인가하고, 전압 측정부가 보조 밸런싱부에 인가된 배터리 모듈의 전압을 측정함으로써, 배터리 모듈의 전압을 측정하기 위해 별도의 전압 측정용 저항을 설치하지 않아 시스템이 간소화될 수 있다는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 배터리 모듈
110: 밸런싱부
120: 온도 측정부
130: 스위칭부
140: 보조 밸런싱부
150: 제어부
160: 전압 측정부
110: 밸런싱부
120: 온도 측정부
130: 스위칭부
140: 보조 밸런싱부
150: 제어부
160: 전압 측정부
Claims (12)
- 하나 이상의 배터리 모듈과 각각 연결되며, 상기 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 하나 이상의 밸런싱부;
상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값을 측정하는 온도 측정부;
상기 하나 이상의 밸런싱부와 연결되며, 상기 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 보조 밸런싱부;
일측이 상기 하나 이상의 밸런싱부와 연결되고, 타측이 상기 보조 밸런싱부와 연결된 스위칭부; 및
측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값에 기반하여 상기 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 스위칭부를 제어하여 온도값이 제1 기준값에 도달한 밸런싱부를 상기 보조 밸런싱부에 연결하여, 온도값이 제1 기준값에 도달한 상기 밸런싱부에서 발생한 열을 분산시키는, 배터리 밸런싱 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 보조 밸런싱부는,
하나 이상의 저항을 포함하며,
상기 제어부는,
측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제1 기준값 이상인 경우, 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결하는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제2 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 밸런싱부가 밸런싱 동작을 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 기준값의 크기는 상기 제2 기준값의 크기 미만인 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결하되, 기 설정된 시간동안 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 상기 제1 기준값 이하로 떨어지지 않는 경우, 연결된 상기 하나 이상의 저항에 상기 하나 이상의 저항을 추가로 연결하는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 보조 밸런싱부에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부;를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하여 상기 하나 이상의 배터리 모듈 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 모듈의 전압을 상기 보조 밸런싱부에 인가시키는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 시스템.
- 하나 이상의 밸런싱부를 통해 하나 이상의 배터리 모듈의 전압값을 소모하는 단계;
온도 측정부가 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도를 측정하는 단계; 및
제어부가 측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값에 기반하여 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하는 단계를 포함하고,
상기 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하는 단계에서는,
상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제1 기준값에 도달하는 경우 상기 스위칭부를 제어하여 상기 밸런싱부를 보조 밸런싱부에 연결함으로써, 온도값이 제1 기준값에 도달한 상기 밸런싱부에서 발생한 열을 분산시키는, 배터리 밸런싱 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 보조 밸런싱부는,
하나 이상의 저항을 포함하며,
상기 제어하는 단계는,
측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제1 기준값 이상인 경우, 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
측정된 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 제2 기준값 이상인 경우, 상기 하나 이상의 밸런싱부가 밸런싱 동작을 정지하도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 기준값의 크기는 상기 제2 기준값의 크기 미만인 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
상기 하나 이상의 밸런싱부와 상기 하나 이상의 저항을 연결하되, 기 설정된 시간동안 상기 하나 이상의 밸런싱부의 온도값이 상기 제1 기준값 이하로 떨어지지 않는 경우, 연결된 상기 하나 이상의 저항에 상기 하나 이상의 저항을 추가로 연결하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 배터리 밸런싱 방법은,
전압 측정부가 상기 보조 밸런싱부에 인가되는 전압을 측정하는 단계;를 더 포함하며,
상기 제어하는 단계는,
상기 스위칭부의 도통 상태를 선택적으로 제어하여 상기 하나 이상의 배터리 모듈 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 모듈의 전압을 상기 보조 밸런싱부에 인가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 밸런싱 방법.
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