KR102347920B1 - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 시스템에 탈착 가능하고, 상기 배터리 시스템에 장착되면 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되는 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부; 상기 셀 어셈블리의 충방전 경로에 병렬 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 셀 어셈블리와 상기 밸런싱 저항의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부; 및 상기 센싱부 및 상기 밸런싱 회로부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BATTERY MANAGEMENT}
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되면 셀 어셈블리의 전압 간에 밸런싱을 수행하는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다.
이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며 수요의 형태 역시 다양해지고 있다. 따라서 다양한 요구에 부응할 수 있게 이차 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
한편, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차가 주행하기 위해서는 고출력을 요구하는 전동 모터를 구동시켜야 한다. 또한, 건물이나 일정 지역에 전력을 공급하는 전력 저장 장치의 경우 전력 수요를 충족시킬 수 있을 만큼 많은 전력을 공급해야 한다. 이처럼 고출력 또는 대용량 전력을 제공하기 위해 단위 셀 집합체로 이루어진 셀 어셈블리를 직렬 또는 병렬로 다수 연결하여 배터리 팩으로 구성함으로써, 원하는 출력 또는 전력이 공급되도록 하고 있다.
나아가, 배터리 팩은 병렬로 다수 연결되어 고용량이 요구되는 고성능 전기 자동차에 사용되고 있다. 이때, 배터리 팩이 병렬로 연결되는 경우, 배터리 팩의 전압 간에 전압차가 발생하면, 최종 출력 단자로 전압이 출력되지 않고 배터리 팩 간에 고전류가 흐르게 된다. 이로 인해, 배터리 팩의 전압 간에 전압차가 발생하는 경우, 배터리 팩이 과방전되고 고전류로 인해 배터리 팩 각각에 포함된 전기 부품이 손상되는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 팩이 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되면 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하고, 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 저항을 이용하여 밸런싱을 수행할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다. 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 시스템에 탈착 가능하고, 상기 배터리 시스템에 장착되면 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되는 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부; 상기 셀 어셈블리의 충방전 경로에 병렬 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 셀 어셈블리와 상기 밸런싱 저항의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부; 및 상기 센싱부 및 상기 밸런싱 회로부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하고, 상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 전류 각각과 기준 밸런싱 전류의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면, 연결 완료 신호 및 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 요청하는 전압 요청 신호를 다른 배터리 팩으로 송신할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 전압차와 기준 전압차의 대소를 비교하고, 비교 결과 상기 전압차가 기준 전압차를 초과하면 상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 셀 어셈블리의 전압, 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 저항의 저항값 중 하나 이상을 포함하는 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 산출된 밸런싱 전류 중에서 상기 기준 밸런싱 전류 미만인 밸런싱 전류에 대응하는 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 상기 밸런싱 스위치를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 상기 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 각각과 기준 밸런싱 시간의 장단을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 셀 어셈블리의 전압, 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 저항의 저항값 중 하나 이상을 포함하는 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 산출된 밸런싱 시간 중에서 기준 밸런싱 시간 미만인 밸런싱 시간에 대응하는 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 상기 밸런싱 스위치를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 방법은 배터리 시스템에 탈착 가능하고, 상기 배터리 시스템에 장착되면 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되는 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부, 상기 셀 어셈블리의 충방전 경로에 병렬 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 셀 어셈블리와 상기 밸런싱 저항의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부 및 상기 센싱부 및 상기 밸런싱 회로부와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 포함하는 배터리 관리 장치를 이용할 수 있다.
상기 배터리 관리 방법은 상기 프로세서가 상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되었는지 여부를 감지하는 단계; 상기 프로세서가 상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하는 단계; 상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 상기 프로세서가 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가 상기 산출된 밸런싱 전류 각각과 기준 밸런싱 전류의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 팩이 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되면 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하고, 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 저항을 이용하여 밸런싱을 수행함으로써, 전압이 서로 다른 배터리 팩이 병렬 연결되어 흐르는 고전류로부터 배터리 팩 및 배터리 팩 내 회로를 보호할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 구비하는 배터리 팩과 다른 배터리 팩이 장착된 배터리 시스템의 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 기능적 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 구비하는 배터리 팩과 다른 배터리 팩의 기능적 구성을 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 구비하는 배터리 팩(1)과 다른 배터리 팩(2)이 장착된 배터리 시스템(S)의 연결 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 기능적 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 구비하는 배터리 팩(1)과 다른 배터리 팩(2)의 기능적 구성을 나타낸 회로도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배터리 시스템(S)은 복수의 배터리 팩(1, 2)이 장착될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 팩(1, 2)은 배터리 시스템(S)에 탈착 가능할 수 있다. 복수의 배터리 팩(1, 2) 중에서 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)이 배터리 시스템(S)에 장착되면 배터리 시스템(S)에 미리 장착된 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
즉, 배터리 시스템(S)은 전기적으로 병렬 연결된 복수의 배터리 팩(1, 2)이 내부에 장착되고, 시스템 입출력 단자(S+, S-)를 통해 부하에 전력을 출력할 수 있다.
본 명세서에서, 배터리 시스템(S)은 배터리 팩(1, 2)이 2개 장착된 것으로 설명하였으나, 3개 이상의 배터리 팩이 장착되어 상호 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 구비하는 배터리 팩(1)은 셀 어셈블리(1a), 충방전 스위치(1b), 충방전 경로(1c) 및 팩 입출력 단자(a+, a-)를 더 구비할 수 있다.
셀 어셈블리(1a)는 복수의 배터리 셀을 구비할 수 있다. 셀 어셈블리(1a)는 충방전 경로(1c)를 통해 팩 입출력 단자(a+, a-)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통해, 셀 어셈블리(1a)는 충방전 경로(1c) 상에 위치하는 충방전 스위치(1b)가 턴 온되어 있는 동안, 충방전 경로(1c)를 통해 전류를 입력받거나 출력하여 충방전될 수 있다. 반대로, 셀 어셈블리(1a)는 충방전 스위치(1b)가 턴 오프되어 있는 동안, 충방전이 중단될 수 있다.
충방전 스위치(1b)는 후술되는 배터리 관리 장치(100)의 프로세서(130)에 의해 동작 상태가 턴 온 또는 턴 오프 상태로 제어될 수 있다.
팩 입출력 단자(a+, a-)는 배터리 시스템(S)에 장착된 다른 배터리 팩(2)의 팩 입출력 단자(b+, b-)와 배터리 시스템(S)의 시스템 입출력 단자(S+, S-)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 센싱부(110), 밸런싱 회로부(120), 프로세서(130) 및 알림부(140)를 포함할 수 있다.
센싱부(110)는 ASICs(application specific integrated circuits) 등을 이용하여 구현되는 것으로서, 셀 어셈블리(1a)에 전기적으로 연결되어 셀 어셈블리(1a)의 전압을 측정할 수 있다.
이를 위하여, 센싱부(110)는 적어도 하나의 전압 센서(미도시)를 구비할 수 있다.
또한, 센싱부(110)는 충방전 경로(1c)에 전기적으로 연결되어 충방전 경로(1c)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
이를 위하여, 센싱부(110)는 적어도 하나의 전류 센서(미도시)를 구비할 수 있다.
센싱부(110)는 셀 어셈블리(1a)의 전압과 충방전 경로(1c)의 전류를 나타내는 신호를 프로세서(130)에게 출력할 수 있다.
밸런싱 회로부(120)는 밸런싱 저항(121), 밸런싱 스위치(123) 및 밸런싱 경로(122)를 구비할 수 있다.
밸런싱 저항(121)은 셀 어셈블리(1a)의 충방전 경로(1c)에 병렬 연결될 수 있다. 또한, 밸런싱 저항(121)은 충방전 스위치(1b)에 병렬 연결될 수 있다.
이를 위하여, 밸런싱 경로(122)는 밸런싱 저항(121)과 충방전 스위치(1b)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
밸런싱 스위치(123)는 밸런싱 경로(122) 상에 위치하여 셀 어셈블리(1a)와 밸런싱 저항(121)의 전기적 연결을 통전 또는 차단시킬 수 있다. 이러한, 밸런싱 스위치(123)는 프로세서(130)에 의해 동작 상태가 제어될 수 있다.
예를 들어, 밸런싱 스위치(123)가 턴 온 상태를 유지하고 충방전 스위치(1b)가 턴 오프 상태를 유지하면, 셀 어셈블리(1a)로부터 출력되거나 셀 어셈블리(1a)로 입력되는 전류는 밸런싱 저항(121)을 통해 흐를 수 있다.
반대로, 밸런싱 스위치(123)가 턴 온 또는 턴 오프 상태를 유지하고 충방전 스위치(1b)가 턴 온 상태를 유지하면, 셀 어셈블리(1a)로부터 출력되거나 셀 어셈블리(1a)로 입력되는 전류는 밸런싱 저항(121)을 거치지 않고 충방전 스위치(1b)를 통해 흐를 수 있다.
프로세서(130)는 센싱부(110) 및 밸런싱 회로부(120)와 동작 가능하게 결합될 수 있다.
프로세서(130)는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결되었는지 여부를 감지할 수 있다. 프로세서(130)는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(1a)의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 충방전 스위치(1b)와 밸런싱 스위치(123)를모두 턴 오프 상태로 유지시킬 수 있다.
한편, 다른 배터리 팩(2) 또한 배터리 관리 장치(200), 셀 어셈블리(2a), 충방전 스위치(2b), 충방전 경로(2c) 및 팩 입출력 단자(a+, a-)를 구비할 수 있다. 또한, 다른 배터리 팩(2)에 구비된 배터리 관리 장치(200)는 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)와 동일하게 센싱부(210), 밸런싱 회로부(220), 프로세서(230) 및 알림부(240)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 배터리 팩(2)에 구비된 배터리 관리 장치(200)의 밸런싱 회로부(220)는 밸런싱 저항(221), 밸런싱 스위치(223) 및 밸런싱 경로(222)를 구비할 수 있다.
프로세서(130)는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 연결 완료 신호 및 전압 요청 신호를 다른 배터리 팩(2)으로 송신할 수 있다.
여기서, 연결 완료 신호는 배터리 팩(1)과 다른 배터리 팩(2)이 전기적으로 병렬 연결이 완료됨을 나타내는 신호일 수 있다. 또한, 전압 요청 신호는 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압을 요청하는 신호일 수 있다.
이를 위하여, 프로세서(130)는 다른 배터리 팩(2)에 구비된 프로세서(230)로 연결 완료 신호와 전압 요청 신호를 송신할 수 있다.
다른 배터리 팩(2)에 구비된 프로세서(230)는 연결 완료 신호와 전압 요청 신호를 수신하면, 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압을 프로세서(130)로 송신할 수 있다.
프로세서(130)는 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압 간에 전압차와 기준 전압차의 대소를 비교하고, 비교 결과 전압차가 기준 전압차를 초과하면 밸런싱이 필요한 것으로 결정할 수 있다.
이때, 상기 전압차가 기준 전압차를 초과하는 경우, 충방전 스위치(1b, 2b)가 턴 온 상태를 유지하고, 밸런싱 스위치(123, 223)가 턴 오프 상태를 유지하면, 무부하 상태에서 상기 전압차로 인해 셀 어셈블리(1a, 2a) 간에 고전류가 흐를 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩(1)과 다른 배터리 팩(2) 각각에 구비된 셀 어셈블리(1a, 2a), 충방전 스위치(1b, 2b) 및 프로세서(120, 220)에 고전류가 흘러 고장이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 프로세서(130)는 상기 전압차가 기준 전압차를 초과하는 경우, 밸런싱이 필요한 것으로 결정하고 밸런싱을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(130)는 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출하고, 산출된 밸런싱 전류 각각과 기준 밸런싱 전류의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 밸런싱 스위치(123)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
여기서, 밸런싱 회로 데이터는 셀 어셈블리(1a)의 전압, 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압, 밸런싱 저항(121)의 저항값 및 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 저항(221)의 저항값 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 충방전 스위치(1b)와 밸런싱 스위치(123)를 턴 오프 상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 다른 배터리 팩(2)에 구비된 충방전 스위치(2b)와 밸런싱 스위치(223)의 동작 상태를 턴 오프 상태로 유지시키도록 요청하는 턴 오프 요청 신호를 다른 배터리 팩(2)에 구비된 프로세서(230)로 송신할 수 있다.
이에, 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 배터리 시스템(S) 내의 충방전 스위치(1b, 2b)와 밸런싱 스위치(123, 223)는 턴 오프 상태를 유지할 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 배터리 시스템(S) 내의 충방전 스위치(1b, 2b)가 턴 오프 상태이고, 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각이 턴 온 또는 턴 오프 상태인 경우, 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 배터리 시스템(S) 내의 셀 어셈블리(1a, 2a) 사이에 흐르는 밸런싱 전류를 산출할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태가 하기의 표 1과 같은 경우, 밸런싱 전류를 산출할 수 있다.
스위치 동작 상태 1 동작 상태 2 동작 상태 3
배터리 팩(1)의 충방전 스위치(1b) 턴 오프 턴 오프 턴 오프
배터리 팩(1)의 밸런싱 스위치(123) 턴 온 턴 온 턴 오프
다른 배터리 팩(2)의 충방전 스위치(2b) 턴 오프 턴 오프 턴 오프
다른 배터리 팩(2)의 밸런싱 스위치(223) 턴 온 턴 오프 턴 온
한편, 프로세서(130)는 옴의 법칙을 이용하여 밸런싱 전류를 산출할 수 있다
이후, 프로세서(130)는 상기 산출된 밸런싱 전류 중에서 기준 밸런싱 전류 미만인 밸런싱 전류에 대응하는 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 밸런싱 스위치(123)를 제어할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 기준 밸런싱 전류 미만인 밸런싱 전류 중에서 기준 밸런싱 전류와의 전류차가 가장 작은 밸런싱 전류에 대응되는 동작 상태로 밸런싱 스위치(123)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 기준 밸런싱 전류 미만인 밸런싱 전류 중에서 기준 밸런싱 전류와의 전류차가 가장 작은 밸런싱 전류에 대응되는 동작 상태가 상기 표 1의 "동작 상태 2"인 경우, 밸런싱 스위치(123)를 턴 온 상태로 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 기준 밸런싱 전류 미만인 밸런싱 전류 중에서 기준 밸런싱 전류와의 전류차가 가장 작은 밸런싱 전류에 대응되는 동작 상태가 상기 표 1의 "동작 상태 2"인 경우, 프로세서(130)는 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223)가 턴 오프 상태로 제어되도록 다른 배터리 팩(2)에 구비된 프로세서(230)로 제어 요청 신호를 송신할 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면 배터리 팩(1)에 구비된 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압 간에 전압차가 기준 전압차를 초과하더라도 배터리 시스템(S) 내의 셀 어셈블리(1a, 2a) 사이에 고전류가 흐르는 현상을 차단할 수 있다.
이후, 프로세서(130)는 배터리 팩(1)에 구비된 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압이 동일해지면 충방전 스위치(1b)를 턴 온 상태로 제어하고, 밸런싱 스위치(123)를 턴 오프 상태로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 배터리 팩(1)에 구비된 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압이 동일해지면 다른 배터리 팩(2)에 구비된 충방전 스위치(2b)와 밸런싱 스위치(223)가 각각 턴 온 및 턴 오프 상태로 제어되도록 다른 배터리 팩(2)에 구비된 프로세서(230)로 제어 요청 신호를 송신할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태별 밸런싱 시간을 산출하고, 산출된 밸런싱 시간 각각과 기준 밸런싱 시간의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 밸런싱 스위치(123)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
구체적으로, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 배터리 시스템(S) 내의 충방전 스위치(1b, 2b)가 턴 오프 상태이고, 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각이 턴 온 또는 턴 오프 상태인 경우, 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 배터리 시스템(S) 내의 셀 어셈블리(1a, 2a) 각각의 전압이 동일해지는 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
여기서, 밸런싱 시간은 다른 실시예에 따른 프로세서(130')가 밸런싱을 위하여 밸런싱 스위치(123)의 제어를 시작한 시점으로부터 배터리 시스템(S) 내의 셀 어셈블리(1a, 2a) 각각의 전압이 동일해지는 시점까지의 시간일 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태가 하기의 표 1과 같은 경우, 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 옴의 법칙과 전력 공식을 이용하여 밸런싱 시간을 산출할 수 있다
이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 상기 산출된 밸런싱 시간 중에서 기준 밸런싱 시간 미만인 밸런싱 시간에 대응하는 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 밸런싱 스위치(123)를 제어할 수 있다.
이때, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 기준 밸런싱 시간 미만인 밸런싱 시간 중에서 가장 짧은 밸런싱 시간에 대응되는 동작 상태로 밸런싱 스위치(123)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 기준 밸런싱 시간 미만인 밸런싱 시간 중에서 가장 짧은 밸런싱 시간에 대응되는 동작 상태가 상기 표 2의 "동작 상태 3"인 경우, 밸런싱 스위치(123)를 턴 온 상태로 제어할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 기준 밸런싱 시간 미만인 밸런싱 시간 중에서 가장 짧은 밸런싱 시간에 대응되는 동작 상태가 상기 표 1의 "동작 상태 3"인 경우, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223)가 턴 온 상태로 제어되도록 다른 배터리 팩(2)에 구비된 프로세서(230)로 제어 요청 신호를 송신할 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면 배터리 팩(1)에 구비된 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(2a)의 전압이 신속하게 동일하도록 밸런싱을 수행할 수 있다.
한편, 프로세서(130, 130')는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 프로세서(130, 130')에는 메모리가 내장될 수 있다. 메모리에는, 후술할 방법을 실행하기 위한 프로그램 및 각종 데이터가 저장될 수 있다. 메모리는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
알림부(140)는 프로세서(130)로부터 밸런싱이 필요한지 여부의 결정 결과 및 밸런싱 완료 여부를 입력받아 외부로 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 알림부(140)는 밸런싱이 필요한지 여부의 결정 결과 및 밸런싱 완료 여부를 기호, 숫자 및 코드 중 하나 이상을 이용하여 표시하는 디스플레이부와 소리로 출력하는 스피커 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(도 1의 100)을 이용할 수 있다.
우선, 단계 S11에서 프로세서(130)는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결되었는지 여부를 감지할 수 있다.
단계 S12에서, 프로세서(130)는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(1a)의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정할 수 있다.
단계 S13에서, 프로세서(130)는 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출할 수 있다.
단계 S14에서, 프로세서(130)는 상기 산출된 밸런싱 전류 중에서 기준 밸런싱 전류 미만인 밸런싱 전류에 대응하는 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 밸런싱 스위치(123)를 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(도 1의 100)와 이에 포함된 다른 실시예에 따른 프로세서(130')를 이용할 수 있다.
우선, 단계 S21에서 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결되었는지 여부를 감지할 수 있다.
단계 S22에서, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 배터리 팩(1)이 다른 배터리 팩(2)과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 셀 어셈블리(1a)의 전압과 다른 배터리 팩(2)에 구비된 셀 어셈블리(1a)의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정할 수 있다.
단계 S23에서, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태별 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
단계 S24에서, 다른 실시예에 따른 프로세서(130')는 상기 산출된 밸런싱 시간 중에서 기준 밸런싱 시간 미만인 밸런싱 시간에 대응하는 밸런싱 스위치(123)와 다른 배터리 팩(2)에 구비된 밸런싱 스위치(223) 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 밸런싱 스위치(123)를 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1, 2: 배터리 팩
100, 200: 배터리 관리 장치
110: 센싱부
120, 220: 밸런싱 회로부
130, 130', 230: 프로세서
140, 240: 알림부

Claims (11)

  1. 배터리 시스템에 탈착 가능하고, 상기 배터리 시스템에 장착되면 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되는 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부;
    상기 셀 어셈블리의 충방전 경로에 병렬 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 셀 어셈블리와 상기 밸런싱 저항의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부; 및
    상기 센싱부 및 상기 밸런싱 회로부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하고, 상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출하고, 상기 산출된 복수의 밸런싱 전류 각각과 기준 밸런싱 전류의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하고,
    상기 프로세서는,
    상기 비교 결과에 따라 상기 복수의 밸런싱 전류 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 밸런싱 전류에 따라 상기 셀 어셈블리와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리 간의 밸런싱이 진행되도록 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면, 연결 완료 신호 및 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 요청하는 전압 요청 신호를 다른 배터리 팩으로 송신하는 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 전압차와 기준 전압차의 대소를 비교하고, 비교 결과 상기 전압차가 기준 전압차를 초과하면 상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정하는 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 셀 어셈블리의 전압, 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 저항의 저항값 중 하나 이상을 포함하는 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출하는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 산출된 복수의 밸런싱 전류 중에서 상기 기준 밸런싱 전류 미만인 밸런싱 전류에 대응하는 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 상기 밸런싱 스위치를 제어하는 배터리 관리 장치.
  6. 배터리 시스템에 탈착 가능하고, 상기 배터리 시스템에 장착되면 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되는 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부;
    상기 셀 어셈블리의 충방전 경로에 병렬 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 셀 어셈블리와 상기 밸런싱 저항의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부; 및
    상기 센싱부 및 상기 밸런싱 회로부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결된 것으로 감지되면 상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하고, 상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 상기 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 복수의 밸런싱 시간 각각과 기준 밸런싱 시간의 장단을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 셀 어셈블리의 전압, 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 저항의 저항값 중 하나 이상을 포함하는 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 시간을 산출하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 산출된 복수의 밸런싱 시간 중에서 기준 밸런싱 시간 미만인 밸런싱 시간에 대응하는 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태 중 어느 하나로 상기 밸런싱 스위치를 제어하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 배터리 시스템에 탈착 가능하고, 상기 배터리 시스템에 장착되면 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되는 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부, 상기 셀 어셈블리의 충방전 경로에 병렬 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 셀 어셈블리와 상기 밸런싱 저항의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부 및 상기 센싱부 및 상기 밸런싱 회로부와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 포함하는 배터리 관리 장치를 이용하는 배터리 관리 방법에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되었는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 프로세서가 상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하는 단계;
    상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 상기 프로세서가 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 전류를 산출하는 단계; 및
    상기 프로세서가 상기 산출된 복수의 밸런싱 전류 각각과 기준 밸런싱 전류의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 비교 결과에 따라 상기 복수의 밸런싱 전류 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 밸런싱 전류에 따라 상기 셀 어셈블리와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리 간의 밸런싱이 진행되도록 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포함하는 배터리 관리 방법.
  11. 배터리 시스템에 탈착 가능하고, 상기 배터리 시스템에 장착되면 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되는 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압을 측정하도록 구성된 센싱부; 상기 셀 어셈블리의 충방전 경로에 병렬 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 셀 어셈블리와 상기 밸런싱 저항의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부; 및 상기 센싱부 및 상기 밸런싱 회로부와 동작 가능하게 결합된 프로세서;를 포함하는 배터리 관리 장치를 이용하는 배터리 관리 방법에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 배터리 팩이 상기 다른 배터리 팩과 전기적으로 병렬 연결되었는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 프로세서가 상기 셀 어셈블리의 전압과 다른 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리의 전압 간에 밸런싱이 필요한지 여부를 결정하는 단계;
    상기 밸런싱이 필요한 것으로 결정되면 상기 프로세서가 밸런싱 회로 데이터를 이용하여 상기 밸런싱 스위치와 상기 다른 배터리 팩에 구비된 밸런싱 스위치 각각의 동작 상태별 밸런싱 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 프로세서가 상기 산출된 복수의 밸런싱 시간 각각과 기준 밸런싱 시간의 장단을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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