KR102478054B1 - 차량용 배터리 시스템 - Google Patents

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Abstract

서로 직렬 연결된 적어도 하나의 제1 배터리 모듈 및 적어도 하나의 제2 배터리 모듈을 갖는 배터리 집합체; 상기 제1 배터리 모듈의 일단 및 상기 제1 배터리 모듈의 타단에 접속된 상기 제2 배터리 모듈의 일단 중 하나와 제1 노드 사이의 단락/개방을 형성하는 제1 릴레이; 상기 제2 배터리 모듈의 타단과 제2 노드 사이의 단락/개방을 형성하는 제2 릴레이; 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압을 변환하여 출력하는 컨버터; 상기 컨버터의 출력단과 상기 제1 배터리 모듈의 일단 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제3 릴레이; 상기 제1 배터리 모듈의 일단과 접지 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제4 릴레이; 및 차량의 운행 조건 및 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량에 기반하여 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이의 상태를 제어하는 배터리 관리부를 포함하는 차량용 배터리 시스템이 개시된다.

Description

차량용 배터리 시스템{BATTERY SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 배터리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주로 차량의 구동력을 제공하기 위해 사용되는 고전압 배터리 시스템과 차량의 전장 부하 등에 전력을 제공하기 위한 저전압 배터리 시스템을 통합하여 시스템 간소화 및 효율 향상을 도모할 수 있는 차량용 고전압-저전압 통합 배터리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 바퀴의 구동력을 제공하기 위한 전기 모터를 구비한 친환경 차량(하이브리드 차량, 전기 차량, 연료전지 차량 등)은, 전기 모터를 구동하기 위한 고전압의 에너지를 제공하기 위해 고전압 배터리를 구비한다. 여기서, 고전압이라고 함은, 통상 엔진 구동 차량의 시동이나 전장 부하에 전력 공급을 위해 마련되는 배터리(통상, 11 내지 14 V의 전압을 갖는)에 비해 상대적으로 높은 전압을 의미한다.
따라서, 친환경 차량은 통상 전기 모터 구동용의 고전압 배터리와, 전장부하 전원 공급을 위한 저전압 배터리를 서로 별도로 구비하였다. 이와 같이 고전압 배터리와 저전압 배터리를 분리하여 상호 개별적인 전력 시스템을 관리하는 것은 시스템의 비대화를 가져올 뿐만 아니라 효율적인 측면에서도 손실이 컸다.
이를 해결하기 위해, 하나의 배터리 집합체가 복수의 셀 또는 모듈로 구현된다는 점에서 착안하여 고전압 배터리를 구성하는 복수이 배터리 모듈 중 일부를 저전압 전원 공급을 위해 사용하는 고전압-저전압 통합 시스템이 제안된 바 있다.
그러나, 종래에 제안된 고전압-저전압 통합 시스템은, 하나의 배터리 집합체 내에 구비된 복수의 배터리 모듈간 충전 상태의 불균형을 가져오게 되고 이에 따라 오히려 시스템의 효율이나 강건성이 저하되고 차량의 불안정을 가져오는 문제가 발생하였다.
KR 10-2012-0062956 A
이에 본 발명은, 차량의 상황별로 적절한 배터리 상태 제어를 수행함으로써 고전압용으로 마련된 배터리를 구성하는 다수의 배터리 모듈 중 일부의 배터리 모듈을 안정적이고 효율적으로 저전압 시스템용으로 채용할 수 있도록 구현함으로써 고전압 시스템과 저전압 시스템을 통합 관리할 수 있는 차량용 배터리 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
서로 직렬 연결된 적어도 하나의 제1 배터리 모듈 및 적어도 하나의 제2 배터리 모듈을 갖는 배터리 집합체;
상기 제1 배터리 모듈의 일단 및 상기 제1 배터리 모듈의 타단에 접속된 상기 제2 배터리 모듈의 일단 중 하나와 제1 노드 사이의 단락/개방을 형성하는 제1 릴레이;
상기 제2 배터리 모듈의 타단과 제2 노드 사이의 단락/개방을 형성하는 제2 릴레이;
상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압을 변환하여 출력하는 컨버터;
상기 컨버터의 출력단과 상기 제1 배터리 모듈의 일단 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제3 릴레이;
상기 제1 배터리 모듈의 일단과 접지 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제4 릴레이; 및
차량의 운행 조건 및 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량에 기반하여 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이의 상태를 제어하는 배터리 관리부;
를 포함하는 차량용 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 및 제2 노드는 상기 배터리 집합체의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 차량 구동모터로 제공하는 인버터의 입력단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 및 제2 노드는 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈을 충전하기 위한 충전 전력을 입력 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨버터의 출력단은 차량의 전장부품의 전원 입력단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 배터리 모듈은 상기 제2 배터리 모듈보다 큰 용량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우, 상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고, 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하고, 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 기준값이 되도록 상기 컨버터를 동작 시켜 상기 제2 배터리 모듈에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 방전 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱하여 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 방전 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값과 실질적으로 동일한 경우, 상기 제1 및 제2 노드가 플로팅 상태가 되도록 상기 제1 및 제2 릴레이를 제어하고 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며, 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어한 이후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 임계값 이하로 감소되는 경우 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 이상이고 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 제1 노드와 상기 제1 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고, 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하며, 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 방전 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱하여 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 방전 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 상기 제1 배터리 모듈의 방전 중에 차량이 주행하는 경우, 상기 제1 배터리 모듈이 상기 기준값까지 방전될 때까지 상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하여 상기 제2 배터리 모듈의 저장 에너지를 차량의 구동 모터에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 이그니션 온 후, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우, 상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하여 상기 제2 배터리 모듈의 저장 에너지를 차량의 구동 모터에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 외부로부터 충전 전력이 상기 제1 노드 및 제2 노드를 통해 제공되는 경우, 상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하며, 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하고, 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며, 상기 컨버터를 동작 시켜 상기 제2 배터리 모듈에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 상기 제1 배터리 모듈의 타단과 상기 제2 배터리 모듈의 일단 사이의 전기적 연결을 단락/개방하는 제5 릴레이를 더 포함하며, 상기 배터리 관리부는, 상기 제1 릴레이가 상기 제1 노드와 상기 제1 배터리 모듈의 일단을 단락 시키는 경우 상기 제5 릴레이를 단락 시키고, 상기 제2 릴레이가 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단을 단락 시키거나 상기 제2 노드를 플로팅 상태가 되게 하는 경우 상기 제5 릴레이를 개방 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기준값은 상기 제1 배터리 모듈의 용량에서 상기 제2 배터리 모듈의 용량을 차감한 값일 수 잇다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
서로 다른 용량을 갖는 적어도 하나의 제1 배터리 모듈 및 적어도 하나의 제2 배터리 모듈을 포함하는 배터리 집합체;
상기 제1 배터리 모듈의 에너지 또는 상기 제1 배터리 모듈의 에너지와 상기 제2 배터리 모듈의 에너지를 합산한 에너지가 선택적으로 인가되는 입출력단; 및
상기 입출력단에 인가되는 상기 배터리 집합체의 에너지의 전압을 변환하고 변환된 전압을 상기 제1 배터리 모듈에 선택적으로 제공하는 컨버터;
차량의 운행 조건 및 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량에 기반하여 상기 배터리 집합체와 상기 입출력단 사이의 전기적 연결 관계와 상기 컨버터와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적 연결 관계를 결정하는 배터리 관리부;
를 포함하는 차량용 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준범위 이내가 되도록 상기 배터리 집합체와 상기 입출력단 사이의 전기적 연결 관계와 상기 컨버터와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적 연결 관계를 결정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서 본 발명은,
서로 직렬 연결된 적어도 하나의 제1 배터리 모듈 및 적어도 하나의 제2 배터리 모듈을 갖는 배터리 집합체;
상기 배터리 집합체의 일단과 제1 노드 사이를 단락/개방하는 제1 릴레이;
상기 배터리 집합체의 타단과 제2 노드 사이를 단락/개방하는 제2 릴레이;
상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압을 변환하여 출력하는 컨버터;
상기 컨버터의 출력단과 상기 제1 배터리 모듈의 일단 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제3 릴레이;
상기 제1 배터리 모듈의 일단과 접지 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제4 릴레이; 및
차량의 운행 조건 및 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량에 기반하여 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이의 상태를 제어하는 배터리 관리부;
를 포함하는 차량용 배터리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 배터리 모듈은 상기 제2 배터리 모듈보다 큰 용량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우, 상기 제1 릴레이 내지 상기 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 기준값이 되도록 상기 컨버터를 동작 시켜 상기 배터리 집합체에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱 하여 방전 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값과 실질적으로 동일한 경우, 상기 제1 및 제2 릴레이를 개방되도록 제어하고 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며, 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어한 이후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 임계값 이하로 감소되는 경우 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 이상이고 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 제1 및 제2 릴레이를 단락 되도록 제어하고 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱 하여 방전 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리부는, 외부로부터 충전 전력이 상기 제1 노드 및 제2 노드를 통해 제공되는 경우, 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며, 상기 컨버터를 동작 시켜 상기 배터리 집합체에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기준값은 상기 제1 배터리 모듈의 용량에서 상기 제2 배터리 모듈의 용량을 차감한 값일 수 있다.
상기 차량용 배터리 시스템에 따르면, 차량의 고전압 시스템에 사용되는 하나의 배터리 집합체를 구성하는 복수의 배터리 모듈 중 일부를 저전압용으로 채용하되, 저전압용으로 사용되는 배터리 모듈의 용량을 나머지 배터리 모듈의 용량보다 크게 증가 시키고, 차량의 운행 상태 및 저전압용 배터리 모듈과 나머지 배터리 모듈 간의 에너지 저장량의 편차를 고려하여 고전압 전원에 사용되는 배터리 모듈을 결정함으로써 배터리 집합체의 일부 모듈을 저전압용으로 채용하기 위해 요구되는 밸런싱 등의 여러 문제를 해결할 수 있다.
상기 차량용 배터리 시스템에 따르면, 별도의 저전압 배터리를 제거할 수 있어 차량의 효율적인 공간 사용이 가능하고, 공장 조립성이 향상되며 제조 원가 절감을 달성할 수 있다.
또한, 상기 차량용 배터리 시스템에 따르면, 저전압용으로 적용되는 모듈을 고전압용으로도 사용할 수 있으므로 고전압 전원의 전체 용량을 증가시켜 주행거리 증대 및 출력향상이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 차량의 키 오프(KEY OFF) 상태에서 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 모듈 에너지 저장량 판단 과정을 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 4는 차량의 이그니션 온(IG ON) 상태에서 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 5는 차량의 충전 상태에서 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템을 도시한 구성도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 차량용 배터리 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템은 복수의 배터리 모듈(110, 121-123)을 포함하는 배터리 집합체(10)와, 복수의 릴레이(R1-R4)와, 컨버터(40) 및 차량 상태에 기반하여 릴레이(R1-R4)의 상태를 제어하는 배터리 관리부(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 집합체(10)는 상호 전기적으로 직렬연결된 복수의 배터리 모듈(111-113, 120)을 포함하도록 하나의 패키징을 형성할 수 있다. 즉, 배터리 집합체(10)는 외관상으로 하나의 구조물 형태로 케이싱된 형상을 가지며, 그 내부에는 복수의 배터리 모듈(110, 121-123)이 상호 전기적으로 직렬 연결되어 배치될 수 있다.
배터리 집합체(10)에 포함된 복수의 배터리 모듈은 제1 배터리 모듈(110)과 제2 배터리 모듈(121-123)을 포함할 수 있다. 도 1에서 제1 배터리 모듈(110)은 하나로 도시되고 있으나 동일한 용량을 가지며 서로 직렬 연결되어 복수개로 구현될 수도 있다. 또한, 도 1에서 제2 배터리 모듈(120-123)은 복수의 배터리 모듈로 도시되나 하나의 배터리 모듈로 구현될 수도 있다.
여기서, 제1 배터리 모듈(110)은 그 출력전압이 차량의 저전압 전장 부하에 전원에 대응되는 크기를 갖는 배터리 모듈로서 배터리 집합체(10)에 포함되는 모듈 중 하나이지만 그 자체로 저전압 배터리의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 배터리 모듈(110)은 제2 배터리 모듈(121-123)에 비해 큰 용량을 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 배터리 모듈의 '용량'이라는 용어는 배터리 모듈에 저장가능한 최대 에너지를 의미할 수 있다. 즉, 용량은 각 배터리 모듈의 제조 시 미리 결정되는 것으로 그 내부에 포함되는 배터리 셀의 개수에 따라 결정될 수 있다. 제1 배터리 모듈이 복수개로 이루어지는 경우 각각의 용량은 서로 동일한 것이 바람직하며, 제2 배터리 모듈이 복수개로 이루어지는 경우 각각의 용량이 서로 동일한 것이 바람직하다.
제1 배터리 모듈(110)의 일단(C1)과 제1 배터리 모듈(110)의 타단과 연결된 제2 배터리 모듈(121-123)의 일단(C2) 및 제2 배터리 모듈(121-123)의 타단(C3)은 제1 릴레이(R1) 및 제2 릴레이(R2)에 의해 선택적으로 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 제1 배터리 모듈(110)의 일단을 제1 접점(C1)이라 하고, 제2 배터리 모듈(121-123)의 일단을 제2 접점(C2)라고 하고, 제2 배터리 모듈(121-123)의 타단을 제3 접점(C3)라고 하기로 한다.
제1 릴레이(R1)와 제2 릴레이(R2)는 제1 내지 제3 접점(C1-C3)과 제1 및 제2 노드(N1, N2) 사이의 전기적 연결 관계를 형성 또는 차단할 수 있다. 제1 릴레이(R1)는 제1 접점과(C1) 제2 접점(C2) 중 하나와 제1 노드(N1) 사이의 단락/개방을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 릴레이(R1)는 배터리 관리부(100)의 제어에 따라 제1 노드(N1)을 제1 접점(C1)에 접속시키거나 제1 노드(N1)을 제2 접점(C2)에 접속시키거나 제1 노드(N1)을 제1 접점(C1)과 제2 접점(C2) 중 어떠한 것과도 접속시키지 않고서 제1 노드(N1)가 플로팅(floating) 상태가 되게 할 수도 있다.
제2 릴레이(R2)는 제3 접점(C3)과 제2 노드(N2) 사이의 단락/개방을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 릴레이(R2)는 배터리 관리부(100)의 제어에 따라 제2 노드(N2)을 제3 접점(C3)에 접속시키거나 제2 노드(N2)과 제3 접점(C3)을 개방 시킬 수 있다.
제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)는 배터리 시스템의 입출력단이 되는 단자를 형성할 수 있다. 즉, 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 차량을 구동하는 고전압 모터(30)로 배터리 전력을 변환하여 공급하는 인버터(또는 인버터를 포함하는 모터 제어 유닛)(20)의 입력단이 연결될 수 있다. 또한, 외부로부터 전력을 공급받아 배터리 충전을 위한 전력으로 변환 제공하는 고전압 충전기(60)의 출력단이 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 또한, 고전압 전력을 저전압으로 변환하여 저전압 전장품(50)에 공급하는 컨버터(40)의 입력단이 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다.
컨버터(40)는 배터리 집합체(10)에서 인가된 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 전장품(50)에 전원으로 공급하거나 배터리 집합체(10)에 포함된 제1 그룹의 배터리 모듈(120)을 충전하기 위한 충전전압을 제공할 수 있다. 이 컨버터(40)는 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하는 컨버터로서 저전압 직류-직류 컨버터(Low voltage DC-DC Converter: LDC)라고도 할 수 있다.
제3 릴레이(R3)와 제4 릴레이(R4)는 저전압 배터리를 구현하기 위한 제1 그룹의 양단의 전기적 연결 상태를 결정하기 위한 릴레이다. 제3 릴레이(R3)는 컨버터(40)의 출력단과 제1 그룹의 일단 사이를 단락/개방하도록 동작하며, 제4 릴레이(R4)는 제1 그룹의 타단(즉, 제2 그룹과의 연결단)과 접지 사이를 단락/개방하도록 동작한다.
이상에서 설명한 것과 같은 배터리 시스템의 전반적인 동작은 배터리 관리부(100)에서 이루어질 수 있다. 배터리 관리부(100)는 차량의 상태, 즉 차량의 시동 여부, 주행 여부 및 차량의 충전 여부 등과, 제1 배터리 모듈(110) 및 제2 배터리 모듈(121-123)의 에너지 저장량을 고려하여 제1 내지 제4 릴레이(R1-R4)의 상태를 적절하게 제어하여 안정적인 고전압-저전압 통합 시스템이 운용될 수 있게 할 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 배터리 관리부(100)의 제어 동작, 즉 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 배터리 시스템의 작용에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 2 및 도 3는 차량의 키 오프 상태에서 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 관리부(100)는 차량 구동이 종료되는 키 오프 상태가 되면, 배터리 모듈(110, 121-123)의 에너지 저장량의 판단을 수행한다(S31). 이 판단 과정(S31)은 제1 배터리 모듈(110)과 제2 배터리 모듈(121-123) 중 하나(도 2 내지 도 5에서는 121로 지시됨)의 에너지 저장량을 비교하고 그 차이가 사전 설정된 기준값이 되도록 제어하는 과정이다.
도 3은 도 2에 도시된 모듈 에너지 저장량 판단 과정을 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 관리부(100)는 모듈 에너지 저장량 판단 과정(S31)이 개시되면 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량 이하인지 판단한다(S311).
이 판단 과정(S311)에서 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량 이하인 경우 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값(A)와 실질적으로 동일한지 판단한다(S312).
제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값(A)와 실질적으로 동일하면 에너지 저장량 판단을 종료한다.
판단 과정(S312)에서 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값(A)와 실질적으로 동일하지 않는 경우, 즉 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값(A) 보다 작은 경우, 배터리 관리부(100)는 제1 릴레이(R1)를 제2 배터리 모듈(121-123)의 일단(C2)에 연결하고 제2 릴레이(R2)를 제2 배터리 모듈(121-123)의 타단(C3)에 연결하며, 제3 및 제4 릴레이(R3, R4)를 단락 시키고(S314), 컨버터를 동작 시켜 제2 배터리 모듈(121-123)에 저장된 에너지로 제1 배터리 모듈(110)을 충전시킨다(S312). 제2 배터리 모듈(121-123)에 저장된 에너지로 제1 배터리 모듈(110)을 충전시키는 과정은 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값(A)과 실질적으로 동일해질 때까지 지속된다.
여기서, 사전 설정된 기준값(A)은 제1 배터리 모듈(110)의 용량에서 제2 배터리 모듈(120)의 용량을 차감한 값이 될 수 있다. 즉, 제1 배터리 모듈(110)은 배터리 집합체(10) 내에 포함되어 제2 배터리 모듈(121-123)과 함께 고전압 배터리로 동작함과 동시에 그 자체로서 저전압 전장 부하를 구동하기 위한 저전압 배터리로 동작하기 위해 개별 제2 배터리 모듈(121-123)보다 큰 용량을 가진다. 이 기준값은 초기 상태(배터리 모듈의 제조 레벨)에서 두 배터리 모듈 사이의 용량차가 배터리 운용 과정에서도 일정하게 유지되는 것이 바람직한 것으로 판단하여 결정되는 기준값일 수 있다.
한편, 판단 과정(S311)에서 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량 이하가 아닌 경우, 즉 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 초과하는 경우 제1 배터리 모듈(110)에 저장된 에너지를 소모시킨다(S313). 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)에 저장된 에너지를 소모시키기 위해 제1 배터리 모듈(110)을 패시브 밸런싱하여 방전 시킬 수 있다.
배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)에 저장된 에너지를 소모시키는 과정(S313)을 수행한 이후 다시 판단과정(S311, 312)를 반복하게 되므로 결국 제1 배터리 모듈(110)에 저장된 에너지와 제2 배터리 모듈(121)에 저장된 에너지의 차이는 기준값(A)과 실질적으로 동일하게 된다.
다시 도 2를 참조하면, 전술한 것과 같은 에너지 저장량 판단 과정(S31)이 종료되면, 배터리 관리부(100)는 제1 릴레이(R1)과 제2 릴레이(R2)가 특정 단자에 접속되지 않도록 제어하여 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)를 플로팅(floating) 상태가 되게 하고, 제3 릴레이(R3) 및 제4 릴레이(R4)를 단락 시켜 제1 배터리 모듈(110)과 저전압 전장품(50) 간의 전기적 연결이 이루어지게 할 수 있다(S33). 즉, 전술한 일련의 과정은, 에너지 저장량 판단 과정(S31)을 통해 저전압 배터리로서 작동하는 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량을 최적 상태로 제어한 이후, 저전압 전장품(50)의 전원으로서 동작하게 하는 것이다.
릴레이(R1-R4)를 제어하는 과정(S33) 이전에 제1 배터리 모듈(110)에 저장된 에너지량이 사전 설정된 범위 내에 있는지 판단하는 과정(S32)을 수행하여 에너지 저장량의 판단 과정(S31)이 적절하게 수행되었는지 추가로 확인하는 과정이 수행될 수도 있다.
제1 배터리 모듈(110)과 저전압 전장품(50) 간의 전기적 연결을 형성하는 과정(S33) 이후, 배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량을 모니터링하고 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 사전 설정된 임계치 이하가 되면 제3 및 제4 릴레이(R3, R4)를 개방하여 제1 배터리 모듈(110)의 추가적인 방전을 제한할 수 있다. 여기서, 사전 설정된 임계치는 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량이 될 수 있다.
도 4는 차량의 이그니션 온(IG ON) 상태에서 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 배터리 관리부(100)는 차량의 시동이 온 되는 경우(IG ON), 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 이상이고 사전 설정된 기준값(A) 이하의 범위인지 판단할 수 있다(S41).
본 발명의 일 실시형태는, 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 이상이고 사전 설정된 기준값(A) 이하의 범위를 유지하도록 배터리 모듈의 에너지 저장량을 제어하도록 한다. 이는 주행 시 제1 배터리 모듈(110)의 용량이 제2 배터리 모듈(121)의 용량보다 큰 경우에 제1 및 제2 배터리 모듈(110, 121-124)이 회생제동을 통해 최대 에너지를 제공받을 수 있는 상태를 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 전술한 바와 같이 기준값(A)는 제1 배터리 모듈(110)의 용량에서 제2 배터리 모듈(121)의 용량을 차감한 값이 될 수 있다.
배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 이상이고 사전 설정된 기준값(A) 이하의 범위인 경우, 제1 노드(N1)와 제1 배터리 모듈(110)의 일단이 접속되도록 제1 릴레이(R1)를 제어하고, 제2 노드(N2)와 제2 배터리 모듈(123)의 타단이 접속되도록 제2 릴레이(R2)를 제어하며, 제3 및 제4 릴레이(R3, R4)가 개방되도록 제어하여, 배터리 집합체(10) 전체가 차량 구동을 위한 모터(30)의 전원으로 작동하게 할 수 있다(S42).
차량의 이그니션 온 후, 배터리 관리부(100)가 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값(A)을 초과하는 경우(S43), 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 제1 배터리 모듈(110)을 방전 시킬 수 있다(S44). 예를 들어, 배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)을 패시브 밸런싱함으로써 방전 시킬 수 있다(S44).
만약, 제1 배터리 모듈(110)의 방전 중에 주행이 이루어지는 상황이 되면, 배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)이 기준값(A)까지 방전될 때까지 제1 노드(N1)와 제2 배터리 모듈의(121) 일단이 접속되도록 제1 릴레이(R1)를 제어하고 제2 노드(N2)와 제2 배터리 모듈(123)의 타단이 접속되도록 제2 릴레이(R2)를 제어할 수 있다(S47). 즉, 배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 기준값(A)이 이르기까지 방전을 수행하는 경우에, 제1 배터리 모듈(110)을 제외한 제2 배터리 모듈(121-123)의 저장 에너지를 차량의 구동 모터에 제공되게 할 수 있다. 제1 배터리 모듈(110)의 방전이 종료되면(S46), 배터리 관리부(100)는 제1 노드(N1)와 제1 배터리 모듈(110)의 일단이 접속되도록 제1 릴레이(R1)를 제어하고, 제2 노드(N2)와 제2 배터리 모듈(123)의 타단이 접속되도록 제2 릴레이(R2)를 제어하며, 제3 및 제4 릴레이(R3, R4)가 개방되도록 제어하여, 배터리 집합체(10) 전체가 차량 구동을 위한 모터(30)의 전원으로 작동하게 할 수 있다(S42).
차량의 이그니션 온 후, 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우, 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량이 부족한 상태이므로 고전압 배터리의 일부로 작동하지 못하게 한다. 즉, 차량의 이그니션 온 후, 제1 배터리 모듈(110)의 에너지 저장량에서 제2 배터리 모듈(121)의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우, 배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)이 기준값(A)까지 방전될 때까지 제1 노드(N1)와 제2 배터리 모듈의(121) 일단이 접속되도록 제1 릴레이(R1)를 제어하고 제2 노드(N2)와 제2 배터리 모듈(123)의 타단이 접속되도록 제2 릴레이(R2)를 제어할 수 있다(S48).
이와 같은, 차량 이그니션 온 이후 제어 과정에서, 배터리 관리부(100)는 구동 모터(30)에 전력을 공급하는데 적용되는 배터리 모듈에 기반하여 배터리 집합체(100)의 충전상태(State Of Charge: SOC) 기반 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리부(100)가 제1 노드(N1)와 제1 배터리 모듈(110)의 일단이 접속되도록 제1 릴레이(R1)를 제어하고, 제2 노드(N2)와 제2 배터리 모듈(123)의 타단이 접속되도록 제2 릴레이(R2)를 제어하여, 배터리 집합체(10) 전체가 차량 구동을 위한 모터(30)의 전원으로 작동하게 하는 경우, 배터리 관리부(100)는 제1 및 제2 배터리 모듈(110, 121-124) 전체를 기준으로 배터리 충전 상태 제어를 수행할 수 있다(S42). 배터리 관리부(100)가 제1 노드(N1)와 제2 배터리 모듈의(121) 일단이 접속되도록 제1 릴레이(R1)를 제어하고 제2 노드(N2)와 제2 배터리 모듈(123)의 타단이 접속되도록 제2 릴레이(R2)를 제어하여 제2 배터리 모듈(121-123)만 구동 모터(30)의 전원으로 적용하는 경우, 배터리 관리부(100)는 제1 배터리 모듈(110)을 제외한 제2 배터리 모듈(110, 121-124)을 기준으로 배터리 충전 상태 기반 제어를 수행할 수 있다.
도 5는 차량의 충전 상태에서 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 외부로부터 충전 전력이 충전기(60)를 통해 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)로 제공되는 경우, 배터리 관리부(100)는 제1 노드(N1)와 제2 배터리 모듈(121)의 일단이 접속되도록 제1 릴레이(R1)를 제어하며, 제2 노드(N2)와 제2 배터리 모듈(123)의 타단이 접속되도록 제2 릴레이(R2)를 제어하고, 제3 및 제4 릴레이(R3, R4)가 단락 되도록 제어한다(S51) 이 때, 컨버터(40)가 동작되고 컨버터(40)는 제2 배터리 모듈(121-123)에 저장된 에너지를 저압 변환하여 제1 배터리 모듈(110)에 제공하여 제1 배터리 모듈(110)을 충전한다(S52).
각각의 충전 상태가 설정값(예를 들어, 100%)이 되면 충전이 완료될 수 있다(S53).
충전이 완료된 이후에는 전술한 차량의 상태에 따라 전술한 도 2 내지 도 4의 도시된 것과 같이 릴레이(R1-R4)가 제어될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템을 도시한 구성도이다.
도 6에 도시된 실시형태는, 도 1에 도시된 실시형태에서 제1 배터리 모듈(110)과 제2 배터리 모듈(121) 사이에 릴레이(R5)가 추가된 구조이다. 이 릴레이(R5)는 제1 릴레이(R1)이 제2 배터리 모듈(121)의 일단에 접속되고 제2 릴레이(R2)가 제2 릴레이 모듈(123)의 타단에 접속되는 경우 제1 배터리 모듈(110)과 제2 배터리 모듈(121-123) 간의 전기적 접속을 차단하기 위해 마련될 수 있다. 특히, 이 추가의 릴레이(R5)는 제2 배터리 모듈(121-123)의 저장 에너지로 제1 배터리 모듈(110)을 충전하기 위해 제3 및 제4 릴레이(R3, R4)를 단락 시키는 경우, 배터리 관리부(100)의 제어에 의해 개방될 수 있다. 이 추가의 릴레이(R5)는 고전압 루프와 저전압 루프 사이의 절연 파괴를 방지하기 위해 마련되는 것이다.
도 7에 도시된 실시형태는, 도 1에 도시된 실시형태에서, 제2 배터리 모듈(121)의 일단에 해당하는 제2 접점(C2)를 제거한 것이다. 이 실시형태에서는, 제1 릴레이(R1)가 제1 배터리 모듈(110)의 일단(C1)과 제1 노드(N1) 사이의 전기적 단락/개방을 결정하고, 제2 릴레이(R2)가 제2 배터리 모듈(123)의 타단(C3)과 제3 노드(N3) 사이의 전기적 단락/개방을 결정할 수 있다.
도 7에 도시된 실시형태에서는, 도 1에 도시된 실시형태의 제1 릴레이(R1)가 제2 접점(C2)에 접속되도록 제어되는 케이스를, 제1 릴레이가(R1)가 제1 접점(C1)에 접속되도록 제어하는 케이스로 대체될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 단계(S314), 도 4의 단계(S47 및 S48) 및 도 5의 단계(S51)에서 제1 릴레이(R1)는 제1 배터리 모듈(110)의 일단(C1)에 접속되도록 제어될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템은, 차량의 고전압 시스템에 사용되는 하나의 배터리 집합체를 구성하는 복수의 배터리 모듈 중 일부를 저전압용으로 채용하되, 저전압용으로 사용되는 배터리 모듈의 용량을 나머지 배터리 모듈의 용량보다 크게 증가 시키고, 차량의 운행 상태 및 저전압용 배터리 모듈과 나머지 배터리 모듈 간의 에너지 저장량의 편차를 고려하여 고전압 전원에 사용되는 배터리 모듈을 결정함으로써 배터리 집합체의 일부 모듈을 저전압용으로 채용하기 위해 요구되는 밸런싱 등의 여러 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템은, 별도의 저전압 배터리를 제거할 수 있어 차량의 효율적인 공간 사용이 가능하고, 공장 조립성이 향상되며 제조 원가 절감을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 시스템은, 저전압용으로 적용되는 모듈을 고전압용으로도 사용할 수 있으므로 고전압 전원의 전체 용량을 증가시켜 주행거리 증대 및 출력향상이 가능하다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 배터리 집합체 110: 제1 배터리 모듈
121-123: 제2 배터리 모듈 100: 배터리 관리부
20: 모터 컨트롤 유닛(인버터) 30: 구동 모터(고전압 모터)
40: 컨버터(LDC) 50: 저전압 전장품
60: 고전압 충전기 R1-R5: 릴레이

Claims (28)

  1. 서로 직렬 연결된 적어도 하나의 제1 배터리 모듈 및 적어도 하나의 제2 배터리 모듈을 갖는 배터리 집합체;
    상기 제1 배터리 모듈의 일단 및 상기 제1 배터리 모듈의 타단에 접속된 상기 제2 배터리 모듈의 일단 중 하나와 제1 노드 사이의 단락/개방을 형성하는 제1 릴레이;
    상기 제2 배터리 모듈의 타단과 제2 노드 사이의 단락/개방을 형성하는 제2 릴레이;
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압을 변환하여 출력하는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력단과 상기 제1 배터리 모듈의 일단 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제3 릴레이;
    상기 제1 배터리 모듈의 일단과 접지 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제4 릴레이; 및
    차량의 운행 조건 및 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량에 기반하여 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이의 상태를 제어하는 배터리 관리부;
    를 포함하되,
    상기 배터리 관리부는,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준범위 이내가 되도록 상기 배터리 집합체와 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이, 상기 컨버터와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적 연결 관계를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노드는 상기 배터리 집합체의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 차량 구동모터로 제공하는 인버터의 입력단에 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노드는 상기 제1 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈을 충전하기 위한 충전 전력을 입력 받는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터의 출력단은 차량의 전장부품의 전원 입력단에 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈은 상기 제2 배터리 모듈보다 큰 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우,
    상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고, 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하고, 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 기준값이 되도록 상기 컨버터를 동작 시켜 상기 제2 배터리 모듈에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 방전시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱하여 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 방전시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값과 실질적으로 동일한 경우,
    상기 제1 및 제2 노드가 플로팅 상태가 되도록 상기 제1 및 제2 릴레이를 제어하고 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며,
    상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어한 이후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 임계값 이하로 감소되는 경우 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 이상이고 사전 설정된 기준값 이하인 경우,
    상기 제1 노드와 상기 제1 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고, 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하며, 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  11. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 방전시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱하여 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 방전시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    상기 제1 배터리 모듈의 방전 중에 차량이 주행하는 경우,
    상기 제1 배터리 모듈이 상기 기준값까지 방전될 때까지 상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하여 상기 제2 배터리 모듈의 저장 에너지를 차량의 구동 모터에 제공하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  14. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 이그니션 온 후, 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우,
    상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하고 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하여 상기 제2 배터리 모듈의 저장 에너지를 차량의 구동 모터에 제공하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  15. 청구항 5에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    외부로부터 충전 전력이 상기 제1 노드 및 제2 노드를 통해 제공되는 경우,
    상기 제1 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단이 접속되도록 상기 제1 릴레이를 제어하며, 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 타단이 접속되도록 상기 제2 릴레이를 제어하고, 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며,
    상기 컨버터를 동작 시켜 상기 제2 배터리 모듈에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    상기 제1 배터리 모듈의 타단과 상기 제2 배터리 모듈의 일단 사이의 전기적 연결을 단락/개방하는 제5 릴레이를 더 포함하며,
    상기 배터리 관리부는, 상기 제1 릴레이가 상기 제1 노드와 상기 제1 배터리 모듈의 일단을 단락 시키는 경우 상기 제5 릴레이를 단락 시키고, 상기 제2 릴레이가 상기 제2 노드와 상기 제2 배터리 모듈의 일단을 단락 시키거나 상기 제2 노드를 플로팅 상태가 되게 하는 경우 상기 제5 릴레이를 개방 시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  17. 청구항 6, 7, 9, 10, 11 및 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준값은 상기 제1 배터리 모듈의 용량에서 상기 제2 배터리 모듈의 용량을 차감한 값인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  18. 서로 다른 용량을 갖는 적어도 하나의 제1 배터리 모듈 및 적어도 하나의 제2 배터리 모듈을 포함하는 배터리 집합체;
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 또는 상기 제1 배터리 모듈의 에너지와 상기 제2 배터리 모듈의 에너지를 합산한 에너지가 선택적으로 인가되는 입출력단; 및
    상기 입출력단에 인가되는 상기 배터리 집합체의 에너지의 전압을 변환하고 변환된 전압을 상기 제1 배터리 모듈에 선택적으로 제공하는 컨버터;
    차량의 운행 조건 및 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량에 기반하여 상기 배터리 집합체와 상기 입출력단 사이의 전기적 연결 관계와 상기 컨버터와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적 연결 관계를 결정하는 배터리 관리부;
    를 포함하되,
    상기 배터리 관리부는,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준범위 이내가 되도록 상기 배터리 집합체와 상기 입출력단 사이의 전기적 연결 관계와 상기 컨버터와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적 연결 관계를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  19. 삭제
  20. 서로 직렬 연결된 적어도 하나의 제1 배터리 모듈 및 적어도 하나의 제2 배터리 모듈을 갖는 배터리 집합체;
    상기 배터리 집합체의 일단과 제1 노드 사이를 단락/개방하는 제1 릴레이;
    상기 배터리 집합체의 타단과 제2 노드 사이를 단락/개방하는 제2 릴레이;
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압을 변환하여 출력하는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력단과 상기 제1 배터리 모듈의 일단 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제3 릴레이;
    상기 제1 배터리 모듈의 일단과 접지 사이의 단락/개방을 형성하는 연결된 제4 릴레이; 및
    차량의 운행 조건 및 상기 제1 배터리 모듈과 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량에 기반하여 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이의 상태를 제어하는 배터리 관리부;
    를 포함하되,
    상기 배터리 관리부는,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준범위 이내가 되도록 상기 배터리 집합체와 상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이, 상기 컨버터와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적 연결 관계를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈은 상기 제2 배터리 모듈보다 큰 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 미만인 경우,
    상기 제1 릴레이 내지 상기 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 기준값이 되도록 상기 컨버터를 동작 시켜 상기 배터리 집합체에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  23. 청구항 21에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱 하여 방전시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  24. 청구항 21에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 키 오프 시 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값과 실질적으로 동일한 경우,
    상기 제1 및 제2 릴레이를 개방되도록 제어하고 상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며,
    상기 제3 및 제4 릴레이가 단락 되도록 제어한 이후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 임계값 이하로 감소되는 경우 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  25. 청구항 21에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 0 이상이고 사전 설정된 기준값 이하인 경우,
    상기 제1 및 제2 릴레이를 단락 되도록 제어하고 상기 제3 및 제4 릴레이가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  26. 청구항 21에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    차량의 이그니션 온 후 상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량에서 상기 제2 배터리 모듈의 에너지 저장량을 차감한 값이 사전 설정된 기준값을 초과하는 경우,
    상기 제1 배터리 모듈의 에너지 저장량이 사전 설정된 값이 되도록 상기 제1 배터리 모듈을 패시브 밸런싱 하여 방전시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  27. 청구항 21에 있어서, 상기 배터리 관리부는,
    외부로부터 충전 전력이 상기 제1 노드 및 제2 노드를 통해 제공되는 경우,
    상기 제1 릴레이 내지 제4 릴레이가 단락 되도록 제어하며,
    상기 컨버터를 동작 시켜 상기 배터리 집합체에 저장된 에너지로 상기 제1 배터리 모듈을 충전하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  28. 청구항 22 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준값은 상기 제1 배터리 모듈의 용량에서 상기 제2 배터리 모듈의 용량을 차감한 값인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
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