KR102303847B1 - 밸런싱 장치 및 밸런싱 방법 - Google Patents

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Abstract

밸런싱 장치가 제공된다. 상기 밸런싱 장치는 충전부에 포함된 복수의 배터리 팩의 전압을 모니터링하는 모니터링부; 상기 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 제1 팩과 제2 팩 사이에 전류가 흐르게 제어하는 밸런싱부;를 포함하고, 상기 밸런싱부는 상기 모니터링부를 이용해서 각 배터리 팩 간의 전압 레벨을 맞출 수 있다.

Description

밸런싱 장치 및 밸런싱 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BALANCING}
본 발명은 충전부를 구성하는 복수의 배터리 팩의 밸런싱 수단에 관한 것이다.
전기 자동차, 전기 스쿠터, 전기 바이크, ESS(Energy Storage System) 등에서 전력을 저장하는 충전부는 용량의 확대 및 유지 보수의 편의를 도모하기 위해 복수의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
복수의 배터리 팩은 동일한 전압을 갖도록 구성되며 서로 병렬 연결될 수 있다.
복수의 배터리 팩 중 일부가 손상된 경우, 손상된 배터리 팩을 분리하고 교체하는 도중에도 출력 전압에 변동이 없으므로 유지 보수가 용이하다. 또한, 배터리 팩의 증설을 통해 손쉽게 용량 증가가 가능하다. 하지만, 현실적으로 복수의 배터리 팩 각각은 전압이 서로 다르며, 이로 인해 배터리 팩 수명 감소 등 각종 문제가 발생될 수 있다.
한국등록특허공보 제2039954호에는 사용자의 제어에 의한 배터리 모듈의 충, 방전 기능 및 모듈 내의 각 셀의 밸런싱을 함께 수행하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템이 나타나 있다.
한국등록특허공보 제2039954호
본 발명은 배터리 팩 간의 충방전을 통해 각 배터리 팩의 전압을 밸런싱할 수 있는 밸런싱 장치 및 밸런싱 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 밸런싱 장치는 충전부에 포함된 복수의 배터리 팩의 전압을 모니터링하는 모니터링부; 상기 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 제1 팩과 제2 팩 사이에 전류가 흐르게 제어하는 밸런싱부;를 포함하고, 상기 밸런싱부는 상기 모니터링부를 이용해서 각 배터리 팩 간의 전압 레벨을 맞출 수 있다.
본 발명의 밸런싱 방법은 충전부에 포함된 배터리 팩의 개수에 상관없이 오직 2개의 배터리 팩을 대상으로만 전압 레벨을 맞추는 밸런싱 작업을 수행하고, 상기 밸런싱 작업이 필요한 배터리 팩이 3개 이상이면, 상기 밸런싱 작업의 대상 개수를 2개로 고정한 상태에서 상기 밸런싱 작업의 대상을 변경해가면서 상기 밸런싱 작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 밸런싱 방법은 충전부에 포함된 복수의 배터리 팩 각각의 전압을 제1 모니터링하는 단계; 상기 모니터링 결과를 이용해서 전압이 가장 높은 제1 팩과 전압이 가장 낮은 제2 팩을 선별하는 단계; 상기 모니터링 결과 상기 제1 팩의 전압이 상기 제2 팩의 전압보다 높으면 상기 제1 팩으로부터 상기 제2 팩으로 전류를 흘려 상기 제1 팩의 전압과 상기 제2 팩의 전압을 밸런싱하는 단계; 상기 제1 팩의 전압과 상기 제2 팩의 전압을 제2 모니터링하는 단계;를 포함하고, 상기 제2 모니터링 결과 상기 제1 팩의 전압과 상기 제2 팩의 전압의 밸런싱이 만족되면 상기 제1 모니터링 단계로 돌아갈 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 배터리 팩 간의 전압이 밸런싱될 수 있다.
본 발명은 전압의 밸런싱을 통해 착탈식 배터리 팩의 적용이 가능한 충전부를 제공할 수 있다. 아울러, 본 발명의 밸런싱 장치 및 방법은 배터리 팩 간의 전압 밸런싱을 통해, 전기 자동차, 전기 스쿠터, 전기 바이크, ESS(Energy Storage System) 등에서 사용되는 전력 소스원인 충전부의 수명 증가, 경량화, 소형화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 밸런싱 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 밸런싱 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 밸런싱 장치의 다른 동작을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 밸런싱 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 밸런싱 장치(100)를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 밸런싱 장치(100)는 모니터링부(110), 밸런싱부(130)를 포함할 수 있다.
충전부(10)를 구성하는 복수의 배터리 팩은 리튬 리온 전지 등을 포함할 수 있다. 충전부(10)를 전력 소스로 사용하는 전기 차량 등에서 주행 거리 증가를 위해 소형의 배터리 팩 수개를 적용할 수 있는 다중 배터리 착탈식 시스템이 필요하다.
복수의 배터리 팩은 착탈 가능하도록 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 이론적으로 각 배터리 팩의 전압은 전류의 방출에도 불구하고 일정하는 것으로 표기되지만, 실제로는 내부 전기 화학 작용의 차이로 인해 각 배터리 팩마다 전압차가 존재한다. 각 배터리 팩 간의 전압차는 충전부(10)의 안전성을 저하시키는 중요한 요소가 되며, 외부적으로 충전부(10)의 수명 저하, 충전부(10)에서 제공되는 전기의 품질 저하에 따른 부하의 훼손 현상이 나타날 수 있다. 결국, 복수의 배터리 팩의 착탈을 이용한 충전부(10)를 현실적으로 구성하기 위해서는 각 배터리 팩 간의 전압을 균등하게 유지할 수 있는 밸런싱 방안이 요구된다.
본 발명의 밸런싱 장치(100)는 충전부(10)를 구성하는 복수의 배터리 팩 각각의 전압을 파악하고, 배터리 팩 간의 밸런싱을 통해 전압을 일정한 레벨로 유지시킬 수 있다.
모니터링부(110)는 충전부(10)에 포함된 복수의 배터리 팩의 전압을 모니터링할 수 있다. 일 예로, 충전부(10)에 3개의 배터리 팩이 마련된 경우, 각 배터리 팩은 제1 팩(11), 제2 팩(12), 제3 팩(13)으로 명명될 수 있다.
모니터링부(110)는 복수의 배터리 팩 중 하나인 제1 팩(11)의 제1 전압, 제2 팩(12)의 제2 전압을 각각 모니터링하거나 측정하는 센싱 수단을 포함할 수 있다. 또는 모니터링부(110)는 별도의 센싱 수단으로부터 제1 전압의 측정값을 획득하거나 제2 전압이 측정값을 획득할 수 있다. 충전부(10)가 전기 자동차, 전기 스쿠터, 전기 바이크 등의 전기 차량에 마련된 경우, 모니터링부(110)는 전기 차량과 CAN(Controller Area Network) 통신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다.
모니터링부(110)는 측정값에 해당하는 각 배터리 팩의 전압(전압값)을 밸런싱부(130)에 제공할 수 있다.
밸런싱부(130)는 모니터링부(110)의 모니터링 결과에 따라 제1 팩(11)과 제2 팩(12) 사이에 전류가 흐르게 제어할 수 있다. 이때, 모니터링 결과는 각 배터리 팩을 대상으로 측정된 전압을 포함할 수 있다.
충전부(10)를 형성하는 제1 팩(11)과 제2 팩(12)은 저장된 전력을 모터 등의 부하에 제공할 수 있다. 부하에 대한 전력 제공으로 인해 전류는 제1 팩(11)으로부터 모터를 향해 흐르거나, 제2 팩(12)으로부터 모터를 향해 흐를 수 있다.
밸런싱부(130)는 각 배터리 팩으로부터 부하로 향해 흘러야 할 전류의 흐름을 변경하여 각 배터리 팩 사이에서 전류가 오고 갈 수 있게 제어할 수 있다.
밸런싱부(130)는 제1 팩(11)과 제2 팩(12) 사이에서 전류가 흐를 수 있게 제어하고, 해당 제어를 통해 제1 팩(11)과 제2 팩(12)의 전압 레벨을 맞출 수 있다. 제1 팩(11)과 제2 팩(12)의 전압 레벨을 맞추는 '밸런싱'은 제1 팩(11)의 제1 전압과 제2 팩(12)의 제2 전압 간의 차이값이 설정 범위를 만족하도록 조정하는 것을 의미할 수 있다.
일 예로, 제1 전압이 5.2V이고, 제2 전압이 4.9V이며, 설정 범위가 0.1V인 경우를 가정한다. 밸런싱부(130)는 모니터링부(110)에 의해 파악된 제1 전압과 제2 전압을 비교하고, 전압이 상대적으로 높은 배터리 팩의 전력을 전압이 상대적으로 낮은 배터리 팩에 제공할 수 있다. 예를 들어, 밸런싱부(130)는 제1 팩(11)의 전압이 제2 팩(12)의 전압보다 높으면 제1 팩(11)으로부터 제2 팩(12)으로 전류를 흘려 제1 팩(11)과 제2 팩(12) 간의 전압을 밸런싱할 수 있다. 이론적으로 배터리는 전류의 제공에 상관없이 일정한 전압을 유지해야 하지만 현실은 전류가 손실되면 전압이 일부 낮아지는 특성을 갖는 경우가 많다. 반대로, 전류가 입수되면 배터리는 전압이 일부 상승할 수 있다. 다시 말해, 배터리는 방전시 전압이 낮아지고 충전시 전압이 높아질 수 있다.
이에 따르면, 전류를 방출하는 제1 팩(11)의 제1 전압은 5.2V에서 점점 낮아지고 전류가 입력되는 제2 팩(12)의 제2 전압 4.9V는 점점 높아지면서 제1 전압과 제2 전압 간의 차이가 줄어들게 된다. 이때, 제1 전압과 제2 전압 간의 차이값이 설정 범위를 만족하면 밸런싱부(130)는 제1 팩(11)으로부터 제2 팩(12)으로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 예를 들어, 어느 일시점에서 제1 전압이 5.1V로 낮아지고 제2 전압이 5.0V로 높아진 경우, 둘 간의 차이가 설정 범위 0.1V를 만족하므로 밸런싱부(130)는 제1 팩(11)을 이용해 제2 팩(12)을 충전하는 동작을 멈출 수 있다. 정리하면, 밸런싱부(130)는 제1 팩(11)과 제2 팩(12) 간의 전압차가 허용 범위를 만족할 때까지 제1 팩(11)과 제2 팩(12) 중 어느 하나의 저장 전력(기충전 전력)으로 제1 팩(11)과 제2 팩(12) 중 나머지 하나를 충전시킬 수 있다.
한편, 밸런싱부(130)는 모니터링부(110)를 이용해서 각 배터리 팩 간의 전압 레벨을 맞추는 피드백(feedback) 제어를 수행할 수 있다. 피드백 제어를 위해 모니터링부(110)는 실시간으로 각 배터리 팩의 전압을 측정할 수 있다. 또는 모니터링부(110)는 밸런싱부(130)에 의해 각 배터리 팩 사이에 전류가 교환된 이후 각 배터리 팩의 전압을 재측정할 수 있다.
밸런싱부(130)는 충전부(10)에 포함된 배터리 팩의 개수에 상관없이 오직 2개의 배터리 팩을 대상으로만 밸런싱 작업을 수행할 수 있다.
밸런싱부(130)는 밸런싱 작업이 필요한 배터리 팩이 3개 이상이면, 밸런싱 작업의 대상 개수를 2개로 고정한 상태에서 밸런싱 작업의 대상을 변경해가면서 밸런싱 작업을 수행할 수 있다.
일 예로, 각각 현재 측정 전압이 5.2V, 4.9V, 5.0V인 배터리 팩 3개가 충전부(10)를 구성하고 있는 상황을 가정한다.
측정 전압이 5.2V인 배터리 팩을 기준으로 하면, 측정 전압이 4.9V인 배터리 팩도 설정 범위 1V를 초과하는 상태이며, 측정 전압이 5.0V인 배터리 팩도 설정 범위 1V를 초과하는 상태이다. 이 상태에서 밸런싱부(130)는 측정 전압 5.2V인 배터리 팩의 저장 전력으로 나머지 2개의 배터리 팩을 한꺼번에 충전하는 방식을 사용하지 않는다. 왜냐하면, 제어 과정이 복잡해지거나 저장 전력을 제공하는 배터리 팩의 부담을 경감하기 위해서이다.
일 예로, 밸런싱부(130)는 5.2V인 배터리 팩의 저장 전력을 오직 4.9V인 배터리 팩 하나에만 제공하면서 배터리 팩 2개만을 대상으로 하는 밸런싱을 수행할 수 있다. 밸런싱이 정상적으로 완료되면, 5.2V, 4.9V였던 2개의 배터리 팩은 5.1V 및 5.0V가 될 수 있다. 이때, 해당 밸런싱 작업에 참여하지 않았던 배터리 팩까지 함께 나열하면, 각각 5.1V, 5.0V, 5.0V 전압을 갖는 3개의 배터리 팩이 존재하게 되며 모두 허용 범위 내의 전압으로 밸런싱되어 있는 상태가 된다.
충전부(10)에 3개 이상의 배터리 팩이 포함된 경우, 효과적인 밸런싱 작업을 위해 밸런싱부(130)는 모니터링부(110)의 모니터링 결과를 분석할 수 있다.
밸런싱부(130)는 모니터링 결과의 분석을 통해 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 높은 최고 팩과 전압이 가장 낮은 최저 팩을 선별할 수 있다.
밸런싱부(130)는 최고 팩으로부터 최저 팩으로 전류를 흘려 최고 팩과 최저 팩 간의 전압차를 줄이는 밸런싱을 수행할 수 있다. 이때 최고 팩과 최저 팩 간의 전압차가 줄어들면, 최고 팩의 전압과 최저 팩의 전압 사이의 전압을 갖던 나머지 배터리 팩 역시 최고 팩에 대한 전압차가 자연스럽게 줄어들 수 있다. 마찬가지로 나머지 팩과 최저 팩에 대한 전압차 역시 자연스럽게 줄어들 수 있다. 전압차의 감소로 인해 최고 팩과 최저 팩 간의 밸런싱 이후 밸런싱이 필요한 대상의 수가 급감할 수 있다.
모니터링부(110)는 밸런싱 후 복수의 배터리 팩 각각의 전압을 피드백 차원에서 재모니터링할 수 있다.
밸런싱부(130)는 모니터링부(110)의 재모니터링을 통해 복수의 배터리 팩 간의 전압차가 모두 설정 범위를 만족할 때까지 재모니터링 시점에서 전압이 가장 높은 배터리 팩과 전압이 가장 낮은 배터리 팩의 선별 작업 및 밸런싱 작업을 반복적으로 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 밸런싱 장치(100)의 동작을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 밸런싱 장치(100)의 다른 동작을 나타낸 개략도이다.
밸런싱부(130)에는 제1 포트 부재(131), 제2 포트 부재(132), 제3 포트 부재(133)가 마련될 수 있다. 제1 포트 부재(131), 제2 포트 부재(132), 제3 포트 부재(133)는 하나의 기판 상에 함께 형성되거나 서로 별개로 형성될 수 있다.
제1 포트 부재(131)에는 배터리 팩의 제1 단자가 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 포트 부재(132)에는 배터리 팩의 제2 단자가 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 포트 부재(133)에는 배터리 팩의 제3 단자가 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 단자와 제2 단자 중 하나는 배터리 팩의 전기를 부하를 향해 방전시키는 방전 단자일 수 있다. 제1 단자와 제2 단자 중 나머지 하나는 외부의 전기를 받아 배터리 팩에 제공하는 충전 단자일 수 있다.
일 예로, 배터리 팩의 제1 단자가 (+) 방전 단자인 경우, 제1 포트 부재(131)에는 제1 단자로부터 방전된 전기를 이용해 부하를 충전시키는 방전 소켓 DCHG+가 마련될 수 있다.
복수의 배터리 팩의 제1 단자는 방전 소켓 DCHG+에 병렬 연결되거나 서로 간에 병렬 연결될 수 있다.
배터리 팩의 제2 단자가 배터리 팩을 충전시키는 충전 단자인 경우, 제2 포트 부재(132)에는 외부로부터 제공된 전기를 입력받아 제2 단자로 전달하는 충전 소켓 CHG+가 마련될 수 있다.
복수의 배터리 팩의 제2 단자는 충전 소켓 CHG+에 병렬 연결되거나 서로 간에 병렬 연결될 수 있다.
배터리 팩의 제3 단자가 제1 단자 또는 제2 단자에 대한 접지 단자 또는 (-) 단자인 경우, 제3 포트 부재(133)에는 접지 소켓 DCHG/CHG-가 마련될 수 있다.
제1 포트 부재(131)와 제2 포트 부재(132)의 사이에 배치되는 조절 부재(140)가 마련될 수 있다.
조절 부재(140)에는 복수의 스위칭 수단이 마련될 수 있다. 스위칭 수단의 개수는 배터리 팩의 개수에 비례적으로 증감할 수 있다.
일 예로, 조절 부재(140)는 제1 스위칭 수단(141)과 제2 스위칭 수단(142)을 포함할 수 있다.
제1 스위칭 수단(141)은 제1 포트 부재(131)에 연결된 제1 팩(11)의 제1 단자와 제2 포트 부재(132)에 연결된 제2 팩(12)의 제2 단자 간의 전기적 연결을 스위칭할 수 있다.
제2 스위칭 수단(142)은 제1 포트 부재(131)에 연결된 제2 팩(12)이 제1 단자와 제2 포트 부재(132)에 연결된 제1 팩(11)의 제2 단자 간의 전기적 연결을 스위칭할 수 있다.
제1 스위칭 수단(141) 및 제2 스위칭 수단(142)에는 제1 포트 부재(131)로부터 제2 포트 부재(132)로만 전류가 흐르게 하는 다이오드 등의 일방향 소자가 각각 마련될 수 있다.
밸런싱부(130)는 제1 팩(11)의 전압이 제2 팩(12)보다 높으면, 제1 스위칭 수단(141)을 클로즈(양단을 연결하는 동작)하면서 제2 스위칭 수단(142)을 오픈(양단의 연결을 해제하는 동작)할 수 있다. 밸런싱부(130)는 제1 포트 부재(131)의 방전 소켓에 대한 제1 팩(11)의 제1 단자의 연결을 끊을 수 있다. 밸런싱부(130)는 제2 포트 부재(132)의 충전 소켓에 대한 제2 팩(12)의 제2 단자의 연결을 끊을 수 있다.
그 결과, 도 2와 같이 제1 팩(11)의 저장 전력은 제1 포트 부재(131), 제1 스위칭 수단(141), 제2 포트 부재(132)를 거쳐 제2 팩(12)에 제공될 수 있다. 따라서, 제2 팩(12)은 제1 팩(11)의 저장 전력에 의해 충전되고, 제1 팩(11)과 제2 팩(12)의 전압이 밸런싱될 수 있다. 밸런싱부(130)에 의해 제1 팩(11)은 제2 팩(12)에 대해 방전이 온(ON)되고, 충전이 오프(OFF)될 수 있다. 밸런싱부(130)에 의해 제2 팩(12)은 제1 팩(11)에 대해 충전이 온(ON)되고, 방전이 오프(OFF)될 수 있다.
밸런싱부(130)는 제2 팩(12)의 전압이 제1 팩(11)보다 높으면, 제2 스위칭 수단(142)을 클로즈하면서 제1 스위칭 수단(141)을 오픈할 수 있다. 이때, 밸런싱부(130)는 제1 포트 부재(131)의 방전 소켓에 대한 제2 팩(12)의 제1 단자의 연결을 끊을 수 있다. 밸런싱부(130)는 제2 포트 부재(132)의 충전 소켓에 대한 제1 팩(11)의 제2 단자의 연결을 끊을 수 있다.
그 결과, 도 3과 같이 제2 팩(12)의 저장 전력은 제1 포트 부재(131), 제2 스위칭 수단(142), 제2 포트 부재(132)를 거쳐 제1 팩(11)에 제공될 수 있다. 따라서, 제1 팩(11)은 제2 팩(12)의 저장 전력에 의해 충전되고, 제1 팩(11)과 제2 팩(12)의 전압이 밸런싱될 수 있다. 밸런싱부(130)에 의해 제2 팩(12)은 제1 팩(11)에 대해 방전이 온(ON)되고, 충전이 오프(OFF)될 수 있다. 밸런싱부(130)에 의해 제1 팩(11)은 제2 팩(12)에 대해 충전이 온(ON)되고, 방전이 오프(OFF)될 수 있다.
본 발명의 밸런싱 방법은 밸런싱부(130)에 의해 수행될 수 있다.
밸런싱부(130)는 충전부(10)에 포함된 배터리 팩의 개수에 상관없이 오직 2개의 배터리 팩을 대상으로만 전압 레벨을 맞추는 밸런싱 작업을 수행할 수 있다.
밸런싱부(130)는 밸런싱 작업이 필요한 배터리 팩이 3개 이상이면, 밸런싱 작업의 대상 개수를 2개로 고정한 상태에서 밸런싱 작업의 대상을 변경해가면서 밸런싱 작업을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 밸런싱 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4의 밸린싱 방법은 밸런싱 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 모니터링부(110)는 충전부(10)에 포함된 복수의 배터리 팩 각각의 전압을 제1 모니터링할 수 있다(S 510).
밸런싱부(130)는 모니터링부(110)의 모니터링 결과를 이용해서 각 측정 전압을 비교할 수 있다(S 520).
비교 결과, 각 배터리 팩의 측정 전압이 설정 범위를 넘는 차이값을 갖는 것으로 판단되면, 밸런싱부(130)는 밸런싱 작업(S 530)을 수행할 수 있다.
각 배터리 팩의 측정 전압이 모두 설정 범위를 만족하는 차이값 범위 내인 것으로 판단되면, 밸런싱부(130)는 밸런싱 작업을 종료할 수 있다.
밸런싱 작업(S 53)이 개시되면, 밸런싱부(130)는 전압이 가장 높은 제1 팩(11)과 전압이 가장 낮은 제2 팩(12)을 선별할 수 있다(S 531).
밸런싱부(130)는 제1 팩(11)으로부터 제2 팩(12)으로 전류를 흘려 제1 팩(11)의 전압과 제2 팩(12)의 전압을 밸런싱할 수 있다(S 532).
모니터링부(110)는 실시간 모니터링 또는 주기적인 모니터링을 통해 밸런싱부(130)에 의해 밸런싱 중이거나 밸런싱이 완료된 제1 팩(11)의 전압과 제2 팩(12)의 전압을 제2 모니터링할 수 있다(S 533).
제2 모니터링 결과 제1 팩(11)의 전압과 제2 팩(12)의 전압의 밸런싱이 만족되면 제1 모니터링 단계로 돌아갈 수 있다.
밸런싱부(130)에 해당하는 마스터 콘트롤러(Master controller)는 CAN 통신하는 모니터링부(110)를 이용해 충전부(10)를 구성하는 각 배터리 팩의 전압을 파악할 수 있다. 충전부(10)를 구성하는 각 배터리를 동일한 전압을 갖도록 초기 설계될 수 있다.
밸런싱부(130)는 배터리 팩 간 전압차를 확인하고 밸런싱 필요 유무를 판단할 수 있다. 밸런싱 필요 유무는 측정된 각 전압의 차이가 기설정된 차이값 범위를 만족하는지에 따라 결정될 수 있다.
밸런싱 필요시 최고 전압을 갖는 배터리 팩(최고 팩)과 최저 전압을 갖는 배터리 팩(최저 팩) 간의 충방전을 통해 밸런싱이 개시될 수 있다.
밸런싱 과정 중 최고 팩과 최저 팩은 밸런싱부(130)에 의해 부하에 대한 방전을 중단할 수 있다. 부하에 대한 방전은 최고 팩과 최저 팩을 제외한 나머지 배터리 팩에 의해 수행될 수 있다. 부하에 대한 방전이 중단된 상태의 최고 팩은 최저 팩에 대해 방전이 온되고 충전이 오프될 수 있다. 부하에 대한 방전이 중단된 상태의 최저 팩은 충전이 온되고 방전이 오프될 수 있다.
모니터링부(110)는 최저 팩에 대해 최고 팩의 방전이 수행되는 밸런싱 작업 후 기존 최고 팩, 기존 최저 팩이 포함된 모든 배터리 팩 각각의 전압을 확인할 수 있다. 만약, 밸런싱이 필요한 팩이 다시 감지되면 앞의 과정이 반복될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 5의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 밸런싱부(130) 등) 일 수 있다.
도 5의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10...충전부 11...제1 팩
12...제2 팩 13...제3 팩
100...밸런싱 장치 110...모니터링부
130...밸런싱부 131...제1 포트 부재
132...제2 포트 부재 133...제3 포트 부재
140...조절 부재 141...제1 스위칭 수단
142...제2 스위칭 수단

Claims (9)

  1. 충전부에 포함된 복수의 배터리 팩의 전압을 모니터링하는 모니터링부;
    상기 모니터링부의 모니터링 결과에 따라 제1 팩과 제2 팩 사이에 전류가 흐르게 제어하는 밸런싱부;를 포함하고,
    상기 밸런싱부는 상기 모니터링부를 이용해서 각 배터리 팩 간의 전압 레벨을 맞추며,
    상기 배터리 팩의 제1 단자에 전기적으로 연결되는 제1 포트 부재, 상기 배터리 팩의 제2 단자에 전기적으로 연결되는 제2 포트 부재가 마련되고,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자 중 하나는 방전 단자이고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 중 나머지 하나는 충전 단자이며,
    상기 제1 포트 부재와 상기 제2 포트 부재의 사이에 배치되는 조절 부재가 마련되며,
    상기 조절 부재는 제1 스위칭 수단과 제2 스위칭 수단을 포함하고,
    상기 제1 스위칭 수단은 상기 제1 포트 부재에 연결된 상기 제1 팩의 제1 단자와 상기 제2 포트 부재에 연결된 상기 제2 팩의 제2 단자 간의 전기적 연결을 스위칭하며,
    상기 제2 스위칭 수단은 상기 제1 포트 부재에 연결된 상기 제2 팩의 제1 단자와 상기 제2 포트 부재에 연결된 상기 제1 팩의 제2 단자 간의 전기적 연결을 스위칭하고,
    상기 밸런싱부는 상기 제1 팩의 전압이 상기 제2 팩보다 높으면 상기 제1 스위칭 수단을 클로즈하면서 상기 제2 스위칭 수단을 오픈하고,
    상기 밸런싱부는 상기 제2 팩의 전압이 상기 제1 팩보다 높으면 상기 제2 스위칭 수단을 클로즈하면서 상기 제1 스위칭 수단을 오픈하는 밸런싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는 상기 제1 팩의 제1 전압과 상기 제2 팩의 제2 전압을 각각 측정하는 센싱 수단을 포함하거나, 별도의 센싱 수단으로부터 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 측정값을 획득하는 밸런싱 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는 상기 제1 팩의 제1 전압과 상기 제2 팩의 제2 전압을 각각 모니터링하고,
    상기 밸런싱부는 상기 제1 팩과 상기 제2 팩 간의 전압차가 허용 범위를 만족할 때까지 상기 제1 팩과 상기 제2 팩 중 어느 하나의 저장 전력으로 상기 제1 팩과 상기 제2 팩 중 나머지 하나를 충전시키는 밸런싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱부는 상기 충전부에 포함된 상기 배터리 팩의 개수에 상관없이 오직 2개의 배터리 팩을 대상으로만 상기 밸런싱 작업을 수행하고,
    상기 밸런싱부는 상기 밸런싱 작업이 필요한 배터리 팩이 3개 이상이면, 상기 밸런싱 작업의 대상 개수를 2개로 고정한 상태에서 상기 밸런싱 작업의 대상을 변경해가면서 상기 밸런싱 작업을 수행하는 밸런싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱부는 상기 모니터링부의 모니터링 결과를 분석하고,
    상기 밸런싱부는 상기 분석을 통해 복수의 상기 배터리 팩 중 전압이 가장 높은 최고 팩과 전압이 가장 낮은 최저 팩을 선별하며,
    상기 밸런싱부는 상기 최고 팩으로부터 상기 최저 팩으로 전류를 흘려 상기 최고 팩과 상기 최저 팩 간의 전압차를 줄이는 밸런싱을 수행하고,
    상기 모니터링부는 상기 밸런싱 후 복수의 상기 배터리 팩 각각의 전압을 재모니터링하며,
    상기 밸런싱부는 상기 모니터링부의 재모니터링을 통해 복수의 상기 배터리 팩 간의 전압차가 설정 범위를 만족할 때까지 재모니터링 시점에서 전압이 가장 높은 배터리 팩과 전압이 가장 낮은 배터리 팩의 선별 작업 및 상기 밸런싱 작업을 반복적으로 수행하는 밸런싱 장치.
  7. 삭제
  8. 밸런싱 장치에 의해 수행되는 밸런싱 방법에 있어서,
    충전부에 포함된 배터리 팩의 개수에 상관없이 오직 2개의 배터리 팩을 대상으로만 전압 레벨을 맞추는 밸런싱 작업을 수행하고,
    상기 밸런싱 작업이 필요한 배터리 팩이 3개 이상이면, 상기 밸런싱 작업의 대상 개수를 2개로 고정한 상태에서 상기 밸런싱 작업의 대상을 변경해가면서 상기 밸런싱 작업을 수행하며,
    상기 배터리 팩의 제1 단자에 전기적으로 연결되는 제1 포트 부재, 상기 배터리 팩의 제2 단자에 전기적으로 연결되는 제2 포트 부재가 마련되고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 중 하나는 방전 단자이고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 중 나머지 하나는 충전 단자이며, 상기 제1 포트 부재와 상기 제2 포트 부재의 사이에 배치되는 제1 스위칭 수단과 제2 스위칭 수단이 마련되고, 상기 제1 스위칭 수단이 상기 제1 포트 부재에 연결된 제1 팩의 제1 단자와 상기 제2 포트 부재에 연결된 제2 팩의 제2 단자 간의 전기적 연결을 스위칭하며, 상기 제2 스위칭 수단이 상기 제1 포트 부재에 연결된 상기 제2 팩의 제1 단자와 상기 제2 포트 부재에 연결된 상기 제1 팩의 제2 단자 간의 전기적 연결을 스위칭할 때,
    상기 제1 팩의 전압이 상기 제2 팩보다 높으면 상기 제1 스위칭 수단을 클로즈하면서 상기 제2 스위칭 수단을 오픈하고,
    상기 제2 팩의 전압이 상기 제1 팩보다 높으면 상기 제2 스위칭 수단을 클로즈하면서 상기 제1 스위칭 수단을 오픈하는 밸런싱 방법.
  9. 삭제
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