KR102500362B1 - 배터리 관리 장치 - Google Patents

배터리 관리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102500362B1
KR102500362B1 KR1020180125539A KR20180125539A KR102500362B1 KR 102500362 B1 KR102500362 B1 KR 102500362B1 KR 1020180125539 A KR1020180125539 A KR 1020180125539A KR 20180125539 A KR20180125539 A KR 20180125539A KR 102500362 B1 KR102500362 B1 KR 102500362B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
balancing
battery
balanced
processor
battery cell
Prior art date
Application number
KR1020180125539A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200044574A (ko
Inventor
정문구
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020180125539A priority Critical patent/KR102500362B1/ko
Priority to EP19873770.2A priority patent/EP3820015A4/en
Priority to US17/251,934 priority patent/US11616257B2/en
Priority to JP2020564894A priority patent/JP7111439B2/ja
Priority to PCT/KR2019/013750 priority patent/WO2020080881A1/ko
Priority to CN201980035204.XA priority patent/CN112204842A/zh
Publication of KR20200044574A publication Critical patent/KR20200044574A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102500362B1 publication Critical patent/KR102500362B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/27—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by heating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/108—Normal resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀 각각과 전기적으로 연결된 복수의 밸런싱 저항, 상기 복수의 배터리 셀과 상기 복수의 밸런싱 저항 각각을 전기적으로 연결시키는 복수의 밸런싱 경로 및 상기 복수의 밸런싱 경로를 통전 또는 차단시키는 복수의 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 충전 상태에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 중 밸런싱 대상 배터리 셀을 결정하고, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항이 실장된 기판의 기판 온도와 기준 온도의 대소를 비교하며, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 밸런싱 저항을 전기적으로 연결시키는 밸런싱 경로를 통전 또는 차단시키는 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항에 흐르는 밸런싱 전류를 조절함으로써, 상기 기판 온도를 상기 기준 온도 이하로 유지시키는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치{Apparatus for managing battery}
본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 배터리 셀 각각의 밸런싱 저항이 실장된 기판의 기판 온도를 기준 온도 이하로 유지시키면서 복수의 배터리 셀 각각의 충전 상태 간에 밸런싱을 수행하는 배터리 관리 장치에 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.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 분류된다. 리튬 계열 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품에 주로 적용되며, 니켈 수소 계열 전지는 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품에 적용되어 사용되고 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 배터리를 직렬 또는 병렬로 다수 연결하여 원하는 출력 또는 전력이 공급되도록 하고 있다.
그런데, 다수의 단위 셀이 연결된 배터리의 경우, 충방전을 반복하게 되면 각 단위 셀의 충전 상태(State Of Charge; SOC)에 차이가 발생하게 된다. 이러한 충전 상태의 불균형이 있는 상태에서 배터리의 방전이 계속되면 충전 상태가 낮은 특정 단위 셀이 과방전되어 배터리의 안정적인 동작이 어려워 진다. 반대로, 이러한 충전 상태의 불균형이 있는 상태에서 배터리의 충전이 계속되면 충전 상태가 높은 특정 단위 셀이 과충전되어 배터리의 안전성을 저해한다. 충전 상태의 불균형은 일부의 단위 셀을 과충전 상태 또는 과방전 상태가 되도록 할 수 있고, 이러한 문제로 인해 부하(예컨대, 전동 모터, 전력망)에 안정적으로 전력을 공급할 수 없는 문제가 발생하게 된다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해 배터리 셀의 충전 상태를 지속적으로 모니터링 하여 각 배터리 셀의 충전 상태를 일정한 레벨로 밸런싱하는 다양한 형태의 회로가 사용되고 있다.
특히, 충전 상태가 다른 단위 셀 보다 높은 특정 셀을 밸런싱 저항과 연결시켜 방전시키는 패시브 밸런싱 회로는 빠르게 밸런싱이 가능한 장점이 있다. 하지만, 밸런싱 과정에서 밸런싱 저항에서 열이 발생하여 밸런싱 저항이 실장된 기판이 과열되는 현상이 발생한다. 이로 인해, 기판에 실장된 IC, 메모리, 스위치 등과 같은 소자들까지 과열되어 소손되는 문제점이 있다.
따라서, 밸런싱 저항이 실장된 기판을 과열시키지 않으면서 복수의 배터리 셀 각각의 충전 상태를 밸런싱할 수 있는 밸런싱 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 밸런싱 대상 배터리 셀과 밸런싱 저항을 전기적으로 연결시키는 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 제어하여 밸런싱 대상 배터리 셀의 밸런싱 저항이 실장된 기판의 기판 온도를 기준 온도 이하로 유지시킬 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀 각각과 전기적으로 연결된 복수의 밸런싱 저항, 상기 복수의 배터리 셀과 상기 복수의 밸런싱 저항 각각을 전기적으로 연결시키는 복수의 밸런싱 경로 및 상기 복수의 밸런싱 경로를 통전 또는 차단시키는 복수의 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 충전 상태에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 중 밸런싱 대상 배터리 셀을 결정하고, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항이 실장된 기판의 기판 온도와 기준 온도의 대소를 비교하며, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 밸런싱 저항을 전기적으로 연결시키는 밸런싱 경로를 통전 또는 차단시키는 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항에 흐르는 밸런싱 전류를 조절함으로써, 상기 기판 온도를 상기 기준 온도 이하로 유지시키는 프로세서를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 결정되면 상기 기판 온도와 상기 기준 온도의 대소를 비교하고, 상기 비교 결과 상기 기판 온도가 상기 기준 온도 미만이면, 상기 밸런싱 전류가 최대가 되도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클이 최대가 되도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 결정되면 상기 기판 온도와 상기 기준 온도의 대소를 비교하고, 상기 비교 결과 상기 기판 온도가 상기 기준 온도와 동일하면, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항의 소비 전력이 상기 기판에서 외부로 전달되는 열전달량과 동일하도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 소비 전력과 상기 열전달량이 동일해지는 상기 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 산출하고, 상기 산출된 듀티 사이클로 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 결정되면 상기 기판 온도와 상기 기준 온도의 대소를 비교하고, 상기 비교 결과 상기 기판 온도가 상기 기준 온도를 초과하면, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항의 소비 전력이 상기 기판에서 외부로 전달되는 열전달량 미만이 되도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 소비 전력이 상기 열전달량 미만이 되는 상기 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 산출하고, 상기 산출된 듀티 사이클로 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 프로세서는 기준 시간 내에 상기 기판 온도가 상기 기준 온도 미만이 되도록 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 산출하고, 상기 산출된 듀티 사이클로 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는 상기 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 밸런싱 대상 배터리 셀과 밸런싱 저항을 전기적으로 연결시키는 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 제어하여 밸런싱 대상 배터리 셀의 밸런싱 저항이 실장된 기판의 기판 온도를 기준 온도 이하로 유지시킴으로써, 밸런싱 저항을 이용한 밸런싱으로 발생되는 열로 인해 배터리 관리 장치에 포함된 부품들이 과열되어 소소되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 밸런싱을 수행하기 전 복수의 배터리 셀의 충전 상태를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 밸런싱을 수행하는 동안에 복수의 배터리 셀의 충전 상태를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)와 이를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)와 이를 포함하는 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)가 밸런싱을 수행하기 전 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)의 충전 상태를 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)가 밸런싱을 수행하는 동안에 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)의 충전 상태를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)을 구비하는 배터리 팩에 포함되어 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)의 충전 상태 간의 밸런싱을 수행할 수 있다.
복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)은 배터리 팩에 포함된 충방전 스위치(SW2)의 동작 상태에 따라 충방전될 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)는 충방전 스위치(SW2)가 턴 온 상태이면 공급받아 충방전되고, 턴 오프 상태이면 충방전이 차단될 수 있다.
여기서, 충전 상태(State of Charge; SCO)는, 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 최대 충전 용량 대비 현재 충전된 용량의 비율일 수 있다. 또한, 밸런싱은 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각이 충방전되는 과정에서 차이가 발생한 충전 상태가 동일하도록 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 중 밸런싱 대상 배터리 셀로 결정된 배터리 셀을 방전시키는 과정을 의미할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 밸런싱 회로부(110), 센싱부(120), 메모리부(130), 프로세서(140) 및 알림부(150)를 포함할 수 있다.
밸런싱 회로부(110)는 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4), 복수의 밸런싱 경로(L1a, ..., L1d), 복수의 밸런싱 스위치(SW1a, ..., SW1d)를 구비할 수 있다.
복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)은 복수의 밸런싱 경로(L1a, ..., L1d)를 통해 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)은 복수의 밸런싱 경로(L1a, ..., L1d)를 통해 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)과 각각 직렬 연결될 수 있다.
복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)은 상술된 배터리 관리 장치의 구성 요소들이 실장된 기판(PCB)에 함께 실장될 수 있다. 이에 따라, 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)으로 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 방전 전류가 출력되는 경우, 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)에서 발생하는 저항열이 기판(PCB)에 전도되어 기판(PCB) 뿐만 아니라 기판(PCB)에 실장된 배터리 관리 장치의 구성 요소까지 과열될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 기판(PCB)에 실장될 수 있다.
복수의 밸런싱 스위치(SW1a, ..., SW1d)는 복수의 밸런싱 경로(L1a, ..., L1d) 마다에 구비되어 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)과 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 전기적 연결을 통전 또는 차단시킬 수 있다.
이러한, 복수의 밸런싱 스위치(SW1a, ..., SW1d)는 프로세서(140)로부터 출력되는 제어 신호에 대응하여 동작 상태가 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태로 제어될 수 있다.
복수의 밸런싱 스위치(SW1a, ..., SW1d)의 동작 상태가 턴 온 상태로 제어되면, 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)으로 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 방전 전류가 출력될 수 있다.
반대로, 복수의 밸런싱 스위치(SW1a, ..., SW1d)의 동작 상태가 턴 오프 상태로 제어되면, 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)과 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 전기적 연결은 차단될 수 있다.
센싱부(120)는 프로세서(140)와 동작 가능하게 결합된다. 즉, 센싱부(120)는 프로세서(140)로 전기적 신호를 송신하거나 프로세서(140)로부터 전기적 신호를 수신 가능하도록 프로세서(140)에 접속될 수 있다.
센싱부(120)는 미리 설정된 주기마다 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 양극 전극과 음극 전극 사이에 인가된 셀 전압을 반복 측정할 수 있다.
센싱부(120)는 미리 설정된 주기마다 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각에 입출력되는 셀 전류를 반복 측정할 수 있다.
센싱부(120)는 미리 설정된 주기마다 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)이 실장된 기판(PCB)의 기판 온도와 배터리 팩의 내부 온도를 반복 측정할 수 있다.
센싱부(120)는 측정된 셀 전압, 셀 전류, 기판 온도 및 내부 온도를 나타내는 측정 신호를 프로세서(140)로 제공할 수 있다.
이를 위하여, 센싱부(120)는 셀 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서, 셀 전류를 측정하도록 구성된 전류 센서, 기판 온도 및 내부 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 포함한다.
프로세서(140)는 센싱부(120)로부터 측정 신호가 수신되면, 신호 처리를 통해 셀 전압, 셀 전류, 기판 온도 및 내부 온도 각각의 디지털 값을 결정하고 메모리부(130)에 저장할 수 있다.
메모리부(130)는 반도체 메모리 소자로서, 프로세서(140)에 의해 생성되는 데이터를 기록, 소거, 갱신하며, 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)의 충전 상태를 추정하고, 밸런싱 대상 배터리 셀을 결정하며, 기판 온도에 대응하여 복수의 밸런싱 스위치(SW1a, ... SW1d)를 제어하기 위해 마련된 복수의 프로그램 코드를 저장한다. 또한, 메모리부(130)는 본 발명을 실시할 때 사용되는 미리 결정된 각종 파라미터들의 사전 설정 값들을 저장할 수 있다.
메모리부(130)는 데이터를 기록, 소거, 갱신할 수 있다고 알려진 반도체 메모리 소자라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 메모리부(130)는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등일 수 있다. 메모리부(130)는 프로세서(140)의 제어 로직을 정의한 프로그램 코드들을 저장하고 있는 저장매체를 더 포함할 수 있다. 저장매체는 플래쉬 메모리나 하드디스크와 같은 불활성 기억 소자를 포함한다. 메모리부(130)는 프로세서(140)와 물리적으로 분리되어 있을 수도 있고, 프로세서(140)와 일체로 통합되어 있을 수도 있다.
우선, 프로세서(140)는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각에 입출력되는 셀 전류에 기초하여 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
프로세서(140)는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 셀 전류를 적산하는 전류적산법을 이용하여 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태를 추정할 수 있다.
프로세서(140)는 전류적산법을 이용하여 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태를 추정하는 것으로 설명하였으나, 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태를 추정하는 한 추정 방법은 한정되지 않음을 유의한다.
프로세서(140)는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태에 기초하여 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 중에서 밸런싱 대상 배터리 셀을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(140)는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태 간의 충전 상태 차이를 산출하고, 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
이때, 프로세서(140)는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태 중에서 제일 작은 충전 상태와 다른 충전 상태 간의 차이를 충전 상태 차이로 산출할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀 "C1", "C2", "C3" 및 "C4" 각각의 충전 상태가 "50%", "56%", "53%" 및 "60%"인 경우, 프로세서(140)는 충전 상태가 가장 작은 배터리 셀 "C1"의 충전 상태 "50%"와 나머지 배터리 셀 "C2", "C3" 및 "C4" 각각의 충전 상태 "56%", "53%" 및 "60%" 간의 충전 상태 차이를 산출할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(140)는 배터리 셀 "C1"의 충전 상태와 나머지 배터리 셀 "C2", "C3" 및 "C4" 각각의 충전 상태 간의 충전 상태 차이를 "6%", "3%" 및 "10%"으로 산출할 수 있다.
이후, 프로세서(140)는 산출된 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상인지 여부를 확인하고, 확인 결과 산출된 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상이면 충전 상태가 가장 큰 배터리 셀을 밸런싱 대상 배터리 셀로 결정할 수 있다.
예를 들어, 미리 설정된 기준 차이값이 "5%"인 경우, 프로세서(140)는 배터리 셀 "C2" 및 "C4"의 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상임을 확인하고, 배터리 셀 "C2" 및 "C4" 중에서 충전 상태가 가장 큰 배터리 셀 "C4"를 밸런싱 대상 배터리 셀로 결정할 수 있다.
프로세서(140)는 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항(R4)이 실장된 기판(PCB)의 기판 온도와 기준 온도의 대소를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 밸런싱 저항(R4)을 전기적으로 연결시키는 밸런싱 경로(L1d)를 통전 또는 차단시키는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제할 수 있다.
여기서, 제1 밸런싱 스위치(SW1d)는 복수의 밸런싱 스위치(SW1a, ..., SW1d) 중에서 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 밸런싱 저항(R4)을 전기적으로 연결시키는 밸런싱 경로(L1d)를 통전 또는 차단시키는 밸런스 스위치일 수 있다.
여기서, 기준 온도는 기판(PCB)에 실장된 밸런싱 저항 등과 같은 전자 부품이 고온으로 소손되지 않는 최대 온도일 수 있다. 즉, 기판 온도가 기준 온도 이상이면 고온으로 인해 기판(PCB)에 실장된 전자 부품이 소손될 수 있다.
프로세서(140)는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어하여 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항(R4)에 흐르는 밸런싱 전류를 조절함으로써, 기판 온도를 기준 온도 이하로 유지시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서(140)는 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)이 결정되면 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항(R4)이 실장된 기판(PCB)의 기판 온도와 기준 온도의 대소를 비교하고, 비교 결과 기판 온도가 기준 온도 미만이면 밸런싱 저항(R4)에 흐르는 밸런싱 전류가 최대가 되도록 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
이때, 프로세서(140)는 기판 온도가 기준 온도 미만이면, 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클이 최대가 되도록 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(140)는 기판 온도가 기준 온도 미만이면, 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클이 "100%"가 되도록 연속적으로 턴 온 제어 신호를 출력할 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 기판 온도가 실장된 부품이 고온으로 소손되지 않는 기준 온도 미만이면, 밸런싱 저항으로부터 발생하는 열이 최대가 되더라도 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 최대로 제어함으로써, 밸런싱 대상 배터리 셀의 전력을 최대로 소비시켜 신속히 밸런싱을 수행할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클이 최대가 되도록 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어한 시점 이후 또는 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)이 결정된 시점 이후에 기판 온도와 기준 온도의 대소를 비교한 결과, 기판 온도가 기준 온도와 동일하면 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량과 동일하도록 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
이를 위하여, 프로세서(140)는 기판 온도가 기준 온도와 동일하면 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량과 동일해지는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클을 산출할 수 있다.
이때, 프로세서(140)는 하기의 수학식 1을 이용하여 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량과 동일해지는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클을 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112018103583755-pat00001
여기서, D는 밸런싱 저항의 소비 전력이 기판에서 기판의 외부로 전달되는 열전달량과 동일해지는 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클[%]이고, h는 기판의 대류열전달계수[W/(m2K)]이고, A는 기판의 면적[m2]이고, R은 밸런싱 저항의 저항값[Ω]이고, Te는 기판의 외부 온도[℃](즉, 배터리 팩의 내부 온도)이고, Tp는 기판 온도[℃]이고, V는 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압[V]이다.
프로세서(140)는 산출된 듀티 사이클로 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어함으로써, 기판 온도가 기준 온도를 유지한 상태에서 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)을 방전시킬 수 있다.
예를 들어, 프로세서(140)는 기판 온도가 기준 온도와 동일하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량과 동일하도록 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클이 "50%"가 되도록 턴 온 제어 신호와 턴 오프 제어 신호를 동일한 시간 동안 출력할 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면 기판 온도가 기준 온도와 동일하면, 연결된 밸런싱 저항(R4)으로부터 발생하는 열량과 기판(PCB)에서 외부로 방출되는 열량이 동일한 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클을 산출하여 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어함으로써, 기판 온도가 기준 온도를 유지한 상태에서 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)을 방전시킬 수 있다.
한편, 프로세서(140)는 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)이 결정된 시점 이후에 기판 온도와 기준 온도의 대소를 비교한 결과, 기판 온도가 기준 온도를 초과하면 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량 미만이 되도록 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
이를 위하여, 프로세서(140)는 기판 온도가 기준 온도를 초과하면 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량 미만이 되는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클을 산출할 수 있다.
이때, 프로세서(140)는 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량과 동일해지는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클 미만으로 듀티 사이클을 재산출할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(140)는 밸런싱 저항(R4)의 소비 전력이 기판(PCB)에서 기판(PCB)의 외부로 전달되는 열전달량과 동일해지는 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 듀티 사이클을 "50%"로 산출한 경우, "50%" 미만으로 듀티 사이클을 재산출할 수 있다.
이후, 프로세서(140)는 재산출된 듀티 사이클로 제1 밸런싱 스위치(SW1d)의 동작 상태를 미리 설정된 기준 시간 동안 제어함으로써, 기준 온도를 초과한 기판 온도를 감소시키면서 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)을 방전시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)와 이를 포함하는 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 프로세서(140')는 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4)이 복수의 기판(PCB1', PCB2')에 실장된 경우, 복수의 밸런싱 저항(R1, ..., R4) 각각의 저항 식별 코드와 복수의 기판(PCB1', PCB2') 각각의 기판 식별 코드가 맵핑된 식별 코드 데이터 이용하여 밸런싱 대상 배터리 셀을 결정할 수 있다. 여기서, 식별 코드 데이터는 저항 식별 코드에 해당하는 밸런싱 저항이 실장된 기판의 기판 식별 코드와 저항 식별 코드가 맵핑된 데이터일 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 밸런싱 저항 "R1"과 "R2" 각각의 저항 식별 코드는 기판 "PCB1'"의 기판 식별 코드와 맵핑되고, 밸런싱 저항 "R3"과 "R4" 각각의 저항 식별 코드는 기판 "PCB2'"의 기판 식별 코드와 맵핑될 수 있다.
이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태 간의 충전 상태 차이를 산출하고, 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 복수의 배터리 셀(C1, ..., C4) 각각의 충전 상태 중에서 제일 작은 충전 상태와 다른 충전 상태 간의 차이를 충전 상태 차이로 산출할 수 있다.
상술된 예와 같이, 복수의 배터리 셀 "C1", "C2", "C3" 및 "C4" 각각의 충전 상태가 "50%", "56%", "53%" 및 "60%"인 경우, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 충전 상태가 가장 작은 배터리 셀 "C1"의 충전 상태 "50%"와 나머지 배터리 셀 "C2", "C3" 및 "C4" 각각의 충전 상태 "56%", "53%" 및 "60%" 간의 충전 상태 차이를 산출할 수 있다. 이에 따라, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 배터리 셀 "C1"의 충전 상태와 나머지 배터리 셀 "C2", "C3" 및 "C4" 각각의 충전 상태 간의 충전 상태 차이를 "6%", "3%" 및 "10%"으로 산출할 수 있다.
이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 산출된 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상인지 여부를 확인하고, 확인 결과 산출된 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상이면 해당 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항의 저항 식별 코트에 맵핑된 기판 식별 코드를 독출할 수 있다.
상술된 예를 이어서 설명하면, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상인 배터리 셀 "C2" 및 "C4"와 전기적으로 연결된 밸런싱 저항 "R2" 및 "R4"의 저항 식별 코트 각각에 맵핑된 기판 식별 코드를 독출할 수 있다.
다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 독출된 기판 식별 코드에 대응되는 기판(PCB1', PCB 2') 별로 충전 상태 차이가 가장 큰 배터리 셀을 밸런싱 대상 배터리 셀(C2, C4)로 결정할 수 있다.
이에 따라, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 기판 "PCB1'"에 실장된 밸런싱 저항 "R1" 및 "R2"와 각각 전기적으로 연결된 배터리 셀 "C1" 및 "C2" 중에서 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상이고, 충전 상태가 가장 큰 배터리 셀 "C2"를 밸런싱 대상 배터리 셀(C2)로 결정할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 기판 "PCB2'"에 실장된 밸런싱 저항 "R3" 및 "R4"와 각각 전기적으로 연결된 배터리 셀 "C3" 및 "C4" 중에서 충전 상태 차이가 미리 설정된 기준 차이값 이상이고, 충전 상태가 가장 큰 배터리 셀 "C4"를 밸런싱 대상 배터리 셀(C4)로 결정할 수 있다.
이후, 다른 실시예에 따른 프로세서(140')는 일 실시예에 따른 프로세서(140)와 동일하게 듀티 사이클을 산출하여 기판(PCB1', PCB2') 각각의 기판 온도가 기준 온도 이하가 되도록 유지시키면서, 밸런싱을 수행할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 알림부(150)는 프로세서(140)로부터 밸런싱 대상 배터리 셀의 결정 결과를 입력받아 외부로 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 알림부(150)는 상술된 밸런싱 대상 배터리 셀의 결정 결과를 기호, 숫자 및 코드 중 하나 이상을 이용하여 표시하는 디스플레이부 및 소리로 출력하는 스피커 장치 중 하나 이상을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀 외에 배터리 셀을 수납하기 위한 케이스, 카트리지 및 버스바 등이 더 포함될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 관리 장치를 포함하여 밸런싱 저항을 이용하여 복수의 배터리 셀 각각의 충전 상태 간에 밸런싱을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110: 밸런싱 회로부
120: 센싱부
130: 메모리부
140, 140': 프로세서
150: 알림부

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀 각각과 전기적으로 연결된 복수의 밸런싱 저항, 상기 복수의 배터리 셀과 상기 복수의 밸런싱 저항 각각을 전기적으로 연결시키는 복수의 밸런싱 경로 및 상기 복수의 밸런싱 경로를 통전 또는 차단시키는 복수의 밸런싱 스위치를 구비하는 밸런싱 회로부 및
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 충전 상태에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 중 밸런싱 대상 배터리 셀을 결정하고, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항이 실장된 기판의 기판 온도와 기준 온도의 대소를 비교하며, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 밸런싱 저항을 전기적으로 연결시키는 밸런싱 경로를 통전 또는 차단시키는 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결된 밸런싱 저항에 흐르는 밸런싱 전류를 조절함으로써, 상기 기판 온도를 상기 기준 온도 이하로 유지시키는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 기판 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀에 연결된 밸런싱 저항의 소비 전력과 상기 기판에서 외부로 전달되는 열전달량을 고려하여 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하도록 구성되고,
    상기 밸런싱 저항의 소비 전력은,
    상기 밸런싱 대상 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 밸런싱 저항에서 발생하는 열량인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 결정되면 상기 기판 온도와 상기 기준 온도의 대소를 비교하고, 상기 비교 결과 상기 기판 온도가 상기 기준 온도 미만이면, 상기 밸런싱 전류가 최대가 되도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클이 최대가 되도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 결정되면 상기 기판 온도와 상기 기준 온도의 대소를 비교하고, 상기 비교 결과 상기 기판 온도가 상기 기준 온도와 동일하면, 상기 밸런싱 저항의 소비 전력이 상기 열전달량과 동일해지도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 소비 전력과 상기 열전달량이 동일해지는 상기 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 산출하고, 상기 산출된 듀티 사이클로 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 결정되면 상기 기판 온도와 상기 기준 온도의 대소를 비교하고, 상기 비교 결과 상기 기판 온도가 상기 기준 온도를 초과하면, 상기 밸런싱 저항의 소비 전력이 상기 열전달량 미만이 되도록 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 소비 전력이 상기 열전달량 미만이 되는 상기 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 산출하고, 상기 산출된 듀티 사이클로 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는
    기준 시간 내에 상기 기판 온도가 상기 기준 온도 미만이 되도록 제1 밸런싱 스위치의 듀티 사이클을 산출하고, 상기 산출된 듀티 사이클로 상기 제1 밸런싱 스위치의 동작 상태를 제어하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 자동차.
KR1020180125539A 2018-10-19 2018-10-19 배터리 관리 장치 KR102500362B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180125539A KR102500362B1 (ko) 2018-10-19 2018-10-19 배터리 관리 장치
EP19873770.2A EP3820015A4 (en) 2018-10-19 2019-10-18 BATTERY MANAGEMENT DEVICE
US17/251,934 US11616257B2 (en) 2018-10-19 2019-10-18 Battery management device
JP2020564894A JP7111439B2 (ja) 2018-10-19 2019-10-18 バッテリー管理装置
PCT/KR2019/013750 WO2020080881A1 (ko) 2018-10-19 2019-10-18 배터리 관리 장치
CN201980035204.XA CN112204842A (zh) 2018-10-19 2019-10-18 电池管理装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180125539A KR102500362B1 (ko) 2018-10-19 2018-10-19 배터리 관리 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200044574A KR20200044574A (ko) 2020-04-29
KR102500362B1 true KR102500362B1 (ko) 2023-02-14

Family

ID=70284759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180125539A KR102500362B1 (ko) 2018-10-19 2018-10-19 배터리 관리 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11616257B2 (ko)
EP (1) EP3820015A4 (ko)
JP (1) JP7111439B2 (ko)
KR (1) KR102500362B1 (ko)
CN (1) CN112204842A (ko)
WO (1) WO2020080881A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102443667B1 (ko) * 2018-10-26 2022-09-14 주식회사 엘지에너지솔루션 밸런싱 장치, 및 그것을 포함하는 배터리 관리 시스템과 배터리팩
WO2022097931A1 (ko) * 2020-11-05 2022-05-12 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
CN112918326B (zh) * 2020-12-28 2023-02-28 中国第一汽车股份有限公司 一种电池管理系统、方法、车辆及介质
EP4166962A1 (de) * 2021-10-15 2023-04-19 Andreas Stihl AG & Co. KG Elektrischer energiespeicher
KR20230171401A (ko) * 2022-06-13 2023-12-20 스탠다드에너지(주) 에너지 조절을 위한 배터리　관리 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012115101A (ja) * 2010-11-26 2012-06-14 Keihin Corp セルバランス制御装置
JP2014171323A (ja) 2013-03-04 2014-09-18 Toyota Industries Corp セルバランス装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3975801B2 (ja) 2002-03-27 2007-09-12 松下電器産業株式会社 蓄電池システム
KR100468127B1 (ko) 2003-02-13 2005-01-27 넥스콘 테크놀러지 주식회사 배터리 셀의 균등 충전장치
JP4843921B2 (ja) 2004-09-02 2011-12-21 日産自動車株式会社 組電池の容量調整装置及び組電池の容量調整方法
JP5423429B2 (ja) 2010-01-27 2014-02-19 パナソニック株式会社 蓄電装置
KR101369323B1 (ko) 2010-08-30 2014-03-05 주식회사 엘지화학 배터리팩의 냉각 제어 장치 및 방법
JP5632723B2 (ja) * 2010-11-26 2014-11-26 株式会社ケーヒン セルバランス制御装置
JP2013021821A (ja) * 2011-07-12 2013-01-31 Honda Motor Co Ltd 電池均等化回路装置
JP5919560B2 (ja) 2011-08-11 2016-05-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 均等化回路、電源システム、及び車両
JP5918961B2 (ja) * 2011-10-07 2016-05-18 株式会社ケーヒン セルバランス制御装置
EP2696465B1 (en) * 2012-08-09 2016-12-21 Samsung SDI Co., Ltd. Battery management system and cell balancing method
JP5932569B2 (ja) * 2012-08-24 2016-06-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及び電池電圧監視装置
KR20150004035A (ko) 2013-07-02 2015-01-12 현대자동차주식회사 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템
JP6194841B2 (ja) 2014-04-07 2017-09-13 株式会社デンソー 均等化放電装置
JP6610664B2 (ja) 2015-05-25 2019-11-27 日本電気株式会社 蓄電装置
US10608294B2 (en) 2015-05-25 2020-03-31 Nec Corporation Power storage device, cell, balance operation method, and program
GB201523105D0 (en) 2015-12-30 2016-02-10 Hyperdrive Innovation Ltd Battery management system
JP6591333B2 (ja) 2016-03-29 2019-10-16 住友重機械工業株式会社 アクチュエータ
KR102096132B1 (ko) 2016-07-29 2020-04-01 주식회사 엘지화학 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법
KR102167423B1 (ko) * 2016-09-30 2020-10-19 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱 제어장치 및 방법
KR102167428B1 (ko) 2016-10-21 2020-10-20 주식회사 엘지화학 듀티 제어를 통한 효과적인 배터리 셀 밸런싱 방법 및 시스템
KR102123048B1 (ko) * 2017-01-10 2020-06-15 주식회사 엘지화학 에너지 절약 및 빠른 셀 밸런싱이 가능한 충전 제어 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012115101A (ja) * 2010-11-26 2012-06-14 Keihin Corp セルバランス制御装置
JP2014171323A (ja) 2013-03-04 2014-09-18 Toyota Industries Corp セルバランス装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3820015A1 (en) 2021-05-12
WO2020080881A1 (ko) 2020-04-23
JP2021524224A (ja) 2021-09-09
CN112204842A (zh) 2021-01-08
EP3820015A4 (en) 2021-10-06
US11616257B2 (en) 2023-03-28
US20210265671A1 (en) 2021-08-26
KR20200044574A (ko) 2020-04-29
JP7111439B2 (ja) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102500362B1 (ko) 배터리 관리 장치
US10044211B2 (en) Battery pack and method of controlling the same
JP7325438B2 (ja) バッテリー管理装置及び方法
US10873201B2 (en) Battery management apparatus and method for protecting a lithium iron phosphate cell from over-voltage using the same
KR102030118B1 (ko) 배터리 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
JP5618393B2 (ja) 蓄電システム及び二次電池制御方法
JP7041800B2 (ja) バッテリーの容量の推定装置及び方法、これを備えるバッテリーの管理装置及び方法
CN108604711B (zh) 借助于占空控制的有效电池平衡的方法和系统
KR20130028651A (ko) 배터리 팩, 배터리 팩 장치 및 전기장치
US9281698B2 (en) Battery pack
US9372238B2 (en) Battery management system with over-discharge detection and warning, battery pack comprising the same, and method for protecting a battery from over-discharge
JP2013236492A (ja) 電池モジュール、及び電池管理システム
US9935472B2 (en) Battery pack
KR102633040B1 (ko) 배터리 관리 장치
KR20140025652A (ko) 배터리 팩 및 이의 제어 방법
CN104052136A (zh) 电池组、充电电路和充电装置
KR102375843B1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
KR20220039484A (ko) 배터리 저항 산출 장치 및 방법
KR20140122520A (ko) 전압차를 이용한 밸런싱 장치 및 방법
KR20170090137A (ko) 배터리 관리 시스템의 구동방법
CN115315873A (zh) 电池管理装置和方法以及电池管理系统
KR20240054157A (ko) 배터리 수명 추정 장치 및 그의 동작 방법
KR20220045453A (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
JP2021158768A (ja) 蓄電装置及びその制御方法
KR20200050884A (ko) 배터리 충전 컨트롤러의 온도 제어 기능을 진단하기 위한 시뮬레이션 장치 및 그 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant