KR102554928B1 - 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈을 갖는 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 배터리 팩의 밸런싱 시스템은, 상기 복수의 배터리 모듈에 각각 연결되며, 웨이크업 신호의 입력에 의해 웨이크업 되어 연결된 배터리 모듈의 전력을 이용하여 동작하는 복수의 전압 센싱 집적 회로; 및 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압과 상기 배터리 팩 전압을 상기 복수의 배터리 모듈의 개수로 나눈 평균 모듈 전압을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 웨이크업 신호를 각각 출력하는 복수의 비교기를 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법{SYSTEM AMD METHOD FOR BALANCING BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량이 이그니션 키 오프된 상태에서 배터리 팩 내의 배터리 모듈간 전압 밸런싱을 통해 모듈 간 전압 차에 따른 배터리 출력 제한을 방지할 수 있는 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상 차량 등에 사용되는 전기 에너지를 저장하는 배터리는, 단위 전압을 출력하는 배터리 셀을 복수개 연결하여 일정 크기의 전압을 출력하는 배터리 모듈을 구성하고, 이 배터리 모듈을 다시 복수개 연결하여 최종적으로 원하는 전압을 출력할 수 있는 배터리 팩의 형태로 마련된다.
서로 연결된 배터리 셀은 상호간의 전압 편차가 발생하는 경우 전체 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 출력이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 배터리 셀 간의 전압 편차를 제거하는 밸런싱이 필요하다.
종래에는, 배터리 모듈 마다 그 내부의 배터리 셀의 전압을 센싱하고 센싱된 결과에 기반하여 배터리 셀 간의 전압을 서로 동일하게 유지되게 하기 위한 전압 센싱 집적 회로가 적용되고 있다.
그러나, 전압 센싱 집적 회로는 자신이 연결된 배터리 셀로부터 전원을 제공 받을 수 있지만 상위 제어기 등에서 제공되는 웨이크업 신호를 입력 받은 경우에 동작을 할 수 있다. 이에 따라, 차량이 이그니션 키 오프된 상태에서는 전압 센싱 집적회로가 작동할 수 없으므로, 차량의 이그니션 키 오프 상태에서 일부 배터리 셀 열화 또는 배터리 모듈의 열화에 의해 전압이 낮은 경우 배터리 출력 제한에 의해 차량 주행 성능에 악영향을 미치게 되는 문제가 발생한다.
또한, 종래에는 차량이 이그니션 키 온 상태인 경우에만 밸런싱이 가능하므로, 가까운 거리를 위주로 차량을 운행하여 차량의 주행 시간이 짧은 경우에는 밸런싱에 요구되는 시간이 충족되지 못하여 배터리 셀 또는 배터리 모듈간 전압 편차가 제거되지 못하는 문제가 발생한다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0131171 A KR 10-2010-0035771 A
이에 본 발명은, 차량이 이그니션 키 오프된 상태에서 배터리 팩 내의 배터리 모듈간 전압 밸런싱을 통해 모듈 간 전압 차에 따른 배터리 출력 제한을 방지하고 차량 주행 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈을 갖는 배터리 팩의 밸런싱 시스템에 있어서,
상기 복수의 배터리 모듈에 각각 연결되며, 웨이크업 신호의 입력에 의해 웨이크업 되어 연결된 배터리 모듈의 전력을 이용하여 동작하는 복수의 전압 센싱 집적 회로; 및
상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압과 상기 배터리 팩 전압을 상기 복수의 배터리 모듈의 개수로 나눈 평균 모듈 전압을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 웨이크업 신호를 각각 출력하는 복수의 비교기;
를 포함하는 배터리 팩의 밸런싱 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 비교기 각각은, 상기 배터리 모듈의 전압이 상기 평균 모듈 전압보다 큰 경우 상기 배터리 모듈에 대한 웨이크업 신호를 출력하고, 상기 웨이크업 신호를 입력 받은 전압 센싱 집적회로는, 연결된 배터리 모듈 내 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하고 내부의 통신을 수행함에 의해 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로 각각은 연결된 배터리 모듈에서 제공받은 전력을 출력하는 전원 출력 단자와 범용 입출력 단자를 포함하며, 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로의 범용 입출력 단자에 의해 각각 제어되는 복수의 스위치 및 상기 복수의 스위치의 상태에 따라 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로의 전원 출력 단자에서 출력되는 전력을 각각 소모하는 복수의 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 팩이 차량용 에너지 저장 장치로 적용되는 경우, 차량의 이그니션 키 스타트 시 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로는 초기화되고 차량의 상위 제어기와 통신하여 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 평균 모듈 전압은, (N-1):1의 분압 저항비로 상기 배터리 팩에 연결된 분압 저항에 의해 생성될 수 있다(상기 N은 상기 복수의 배터리 모듈의 개수).
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 방법으로서 본 발명은,
차량 내 전력 공급을 위해 상기 차량에 설치되며 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈을 갖는 배터리 팩의 밸런싱 방법에 있어서,
상기 차량의 이그니션 키 오프 이후, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압과 상기 배터리 팩 전압을 상기 복수의 배터리 모듈의 개수로 나눈 평균 모듈 전압을 비교하는 단계;
상기 비교하는 단계의 비교 결과 상기 평균 모듈 전압 보다 큰 전압을 갖는 배터리 모듈에 연결된 전압 센싱 집적 회로를 웨이크업 시키는 단계; 및
상기 웨이크업 시키는 단계에서 웨이크업된 전압 센싱 집적 회로가 작동하여 자신이 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모하는 단계;
를 포함하는 배터리 팩의 밸런싱 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 소모하는 단계는, 상기 전압 센싱 집적 회로가 연결된 배터리 모듈 내 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하고 내부의 통신을 수행함에 의해 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 소모하는 단계는, 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로의 범용 입출력 단자에 연결된 스위치를 제어하여 연결된 배터리 모듈에서 제공받은 전력을 저항에 제공함으로써 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 차량의 이그니션 키 스타트 시 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로를 초기화 하고 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로가 차량의 상위 제어기와 통신하여 동작하게 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법에 따르면, 차량의 이그니션 키 오프 상황에서도 배터리 팩 내의 배터리 모듈간 전압의 밸런싱이 가능하므로 열화로 인한 전압이 낮은 배터리 모듈 등에 의한 배터리 출력 제한 발생을 방지하여 차량 주행 성능을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법에 따르면, 차량의 이그니션 키 오프 상황에서 별도의 제어기가 동작하지 않고 배터리 모듈 간 전압 밸런싱이 가능하므로 운행 시간이 짧은 차량도 배터리 모듈간 전압 밸런싱을 수행하여 차량 성능을 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템에서 평균 모듈 전압을 생성하기 위한 분압 저항 연결 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템에서 전압 센싱 집적 회로의 범용 입출력 단자를 이용한 전력 소모 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템은, 복수의 배터리 셀(111, 112, 113)을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13)을 갖는 배터리 팩(10)의 밸런싱 시스템으로서, 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13)에 각각 연결되며, 웨이크업 신호의 입력에 의해 웨이크업 되어 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전력을 이용하여 동작하는 복수의 전압 센싱 집적 회로(Integrated Circuit: IC)(21, 22, 23) 및 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13) 각각의 전압과 배터리 팩(10) 전압을 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13)의 개수로 나눈 평균 모듈 전압(Vref)을 비교한 결과에 기반하여 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13)에 대한 웨이크업 신호를 각각 출력하는 복수의 비교기(31, 32, 33)을 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 팩(10)은 차량에 적용되는 에너지 저장 장치로서, 특히 친환경 차량에서 차량의 구동륜에 동력을 제공하는 구동 모터의 전원을 제공하기 위한 고전압 배터리에 해당할 수 있다.
배터리 팩(10)은 실질적으로 동일한 크기의 전압을 출력하는 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13)을 포함할 수 있으며, 각각의 배터리 모듈(11, 12, 13)은 실질적으로 동일한 크기의 단위 전압을 출력하는 복수의 배터리 셀(111, 112, 113)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(11, 12, 13)에 포함된 복수의 배터리 셀(111, 112, 113)은 서로 동일한 개수로 직렬 연결되어 배터리 모듈(11, 12, 13)은 서로 동일한 전압을 가질 수 있다. 또한, 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13)은 서로 직렬 연결되어 최종적으로 배터리 팩(10) 전압을 형성할 수 있다.
전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)은 각 배터리 모듈(11, 12, 13) 마다 하나씩 구비될 수 있다.
통상, 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)는 배터리 모듈(11, 12, 13)에 포함된 복수의 배터리 셀(111, 112, 113) 각각의 전압을 센싱하고 배터리 모듈(11, 12, 13) 내에 포함된 복수의 배터리 셀(111, 112, 113) 사이의 전압 밸런싱을 수행하는 용도로 마련될 수 있다. 또한, 통상, 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)는 차량의 이그니션 키 온 상태에서 배터리 셀 밸런싱이 요구되는 경우 상위 제어기(예를 들어, 차량의 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)로부터 웨이크업 신호를 입력 받아 동작을 개시하게 된다. 더하여, 통상, 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)의 동작 전원은 자신이 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13)로부터 제공받아 동작할 수 있다. 즉, 통상의 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)는 전원을 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13)로부터 제공받지만 차량의 이그니션 키 온 상태에서 상위 제어기로부터 웨이크업 신호를 입력 받는 경우에 동작을 할 수 있다. 따라서, 통상 적인 경우, 차량이 이그니션 키 오프 상태에서는 웨이크업 신호를 입력 받을 수 없으므로 밸런싱을 수행할 수 없다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 비교기(31)를 이용하여 웨이크업 신호를 생성하게 함으로써 상위 제어기로부터 웨이크업 신호가 입력될 수 없는 차량 이그니션 키 오프 상태에서 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)를 동작하게 할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시형태에서는, 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)를 이용하여 배터리 모듈(11, 12, 13) 내 배터리 셀 간의 전압을 밸런싱하기 보다는 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 작동하여 자신이 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전력을 소모하게 함으로써, 배터리 팩(10) 내에 포함된 배터리 모듈(11, 12, 13) 간의 전압 밸런싱을 달성하게 한다.
비교기(31, 32, 33)는 각 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23) 마다 하나씩 연결되며, 연결된 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)로 웨이크업 신호를 제공할 수 있다. 특히, 비교기(31, 32, 33)는 배터리 팩(10)의 전체 전압을 그 내부에 포함된 배터리 모듈(11, 12, 13)의 개수로 나눈 평균 모듈 전압(Vref)와 자신이 연결된 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전압을 비교한 결과에 기반하여 웨이크업 신호를 생성할 수 있다. 비교기(31, 32, 33)는 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전압이 평균 모듈 전압(Vref) 보다 큰 경우 웨이크업 신호를 출력하여 연결된 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 동작되게 할 수 있다.
한편, 비교기(31, 32, 33)로 입력되는 평균 모듈 전압(Vref)은 배터리 팩(10)의 전체 전압을 배터리 팩(10) 내에 포함된 배터리 모듈(11, 12, 13)의 개수로 나눈 전압이다. 본 발명의 여러 실시형태는 차량의 이그니션 키 오프 상태에서 동작하여야 하므로 프로세서 등을 통해 평균 모듈 전압(Vref)을 연산하는 것이 곤란하다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시형태는 배터리 팩(10)의 전압을 분압하여 평균 모듈 전압(Vref)을 생성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템에서 평균 모듈 전압을 생성하기 위한 분압 저항 연결 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는 배터리 팩(10)의 양단 사이에 배터리 팩(10) 전압을 분압하기 위한 분압 저항(110, 120)을 연결하여 평균 모듈 전압(Vref)를 생성할 수 있다. 여기서, 도 2에 도시된 배터리 팩(10)의 상부 단자를 양단자, 하부 단자를 음단자라고 하고 배터리 팩(10)에 포함된 배터리 모듈의 개수를 N(2 이상의 자연수)개라고 하면, 양단자에 직접 연결된 제1 분압 저항(110)의 저항값을 '(N-1)*R'로 설정하고 음단자에 직접 연결된 제2 분압 저항(120)의 저항값을 'R'로 설정하는 경우, 분압 저항(110, 120) 사이의 노드 전압은 배터리 팩(10) 전압에 'R/{R+(N-1)*R} = 1/N'배가 되어 전체 배터리 팩(10) 전압을 배터리 팩(10)에 포함된 배터리 모듈의 개수로 나눈 평균 모듈 전압(Vref)가 생성된다. 이 평균 모듈 전압(Vref)는 비교기(31, 32, 33)의 일 입력단에 입력되어 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전압과 비교될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태는 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)을 작동시켜 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전력을 소모하게 함으로써 배터리 모듈(11, 12, 13) 간의 전압 밸런싱이 이루어지게 한다. 각 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)에 연결된 복수의 비교기(31, 32, 33)는 공통으로 평균 모듈 전압(Vref)를 기준으로 웨이크업 신호(31)를 생성하게 되므로 이상적으로는 전체 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전압이 평균 모듈 전압(Vref)이 되도록 밸런싱이 이루어질 수 있다. 이 때, 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)에 의한 전력 소모는 주로 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23) 자체의 내부 루프 통신에 소요되는 전력과 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 자신이 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13) 내 배터리 셀(111, 112, 113)의 전압을 센싱하는데 소요되는 전력이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 밸런싱 과정 중 전력 소모를 더욱 크게 하여 밸런싱 시간을 감소시키기 위해서 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)에 구비되는 범용 입출력 단자(General Purpose Input Output: GPIO)를 활용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템에서 전압 센싱 집적 회로의 범용 입출력 단자를 이용한 전력 소모 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 것과 같이, 전압 센싱 집적 회로(21)는 배터리 모듈(11)과 연결된 전원 입력 단자(215)와 전원 입력 단자(215)에서 입력된 전압을 내부 전원으로 사용할 수 있는 일정한 전압값으로 출력하는 레귤레이터부(211)와 레귤레이터부(211)에서 출력되는 전압을 외부로 출력하는 전원 출력단자(217)와, 범용 입출력 단자(219)와, 내부에 저장된 로직을 통해 제어신호를 생성하여 범용 입출력 단자(219)로 제공하는 제어부(213)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 밸런싱 수행 시 전력을 소모를 증가시키기 위해 전력을 소모하는 저항(25)과 저항에 전력을 공급하는 스위칭 소자(24)를 더 포함할 수 있으며, 스위칭 소자(24)는 전압 센싱 집적 회로(21)의 범용 입출력 단자(219)에 출력되는 제어 신호에 의해 온/오프 제어가 되어, 전압 센싱 집적 회로(21)의 전원 출력 단자에서 저항(25)으로 전력을 제공/차단한다.
이러한 구성을 통해, 비교기(31, 32, 33)가 웨이크업 신호를 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)로 제공하는 경우 제어부(213)가 웨이크업 되어 스위치(24)를 단락 시키기 위한 제어 신호를 범용 입출력 단자(219)로 제공하고, 이에 의해 스위치(24)가 단락되면 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)의 전원 출력 단자(217)에서 제공되는 전력이 저항(25)으로 제공되어 저항(25)에 의한 전력소모가 이루어지게 할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같은 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템에 의해 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 방법이 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 방법을 도시한 흐름도이다. 특히, 도 4는 차량 내에 마련된 배터리 팩의 차량 동작에 따른 밸런싱 방법을 도시한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 방법은, 차량이 이그니션 키 오프된 이후(S11), 배터리 팩(10)의 전체 전압을 배터리 팩(10) 내에 포함된 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13)의 개수로 나눈 평균 모듈 전압(Vref)을 도출하고(S12), 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13) 각각의 전압과 평균 모듈 전압(Vref)을 비교기(31, 32, 33)에 의해 비교하는 단계(S13)가 먼저 수행될 수 있다.
이어, 비교하는 단계(S13)에서 복수의 배터리 모듈(11, 12, 13) 중 평균 모듈 전압(Vref) 보다 높은 전압을 갖는 것으로 판단된 배터리 모듈(11, 12, 13)에 연결된 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)를 웨이크업 시키는 단계(S14)가 실행될 수 있다. 단계(S14)에서는, 평균 모듈 전압(Vref) 보다 큰 전압을 갖는 배터리 모듈(11, 12, 13)에 연결된 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)에 연결된 비교기(31, 32, 33)가 비교 결과에 기반한 웨이크업 신호를 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)에 제공함으로써 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 작동을 시작하게 된다.
이어, 작동을 시작한 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 내부 통신 및 배터리 셀(111, 112, 113)의 전압 센싱을 실시함으로써 연결된 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전력을 소모하게 된다. 특히, 도 3에 도시된 것과 같이 범용 입출력 단자를 이용하여 저항에 의한 전력 소모를 발생시킬 수 있는 구조가 구현된 경우에는, 스위치(24)를 단락 시켜 저항(25)에 의한 전력 소모가 이루어질 수 있게 한다.
이러한 전력 소모는 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전압이 평균 모듈 전압(Vref)이 동일해지는 순간까지 계속될 수 있으며, 배터리 모듈(11, 12, 13)의 전압이 평균 모듈 전압(Vref)이 동일해지면 배터리 모듈(11, 12, 13) 간의 전압 밸런싱이 종료될 수 있다(S16).
또한, 도시하지 않았지만, 밸런싱이 수행되는 중 운전자의 입력에 의해 차량 이그니션 키 스타트가 되면, 차량 구동을 위해 전압 센싱 집적 회로를 초기화 하고 복수의 전압 센싱 집적 회로(21, 22, 23)가 차량의 상위 제어기(예를 들어, BMS)와 통신하여 차량 운행을 위한 동작을 수행하게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법은, 차량의 이그니션 키 오프 상황에서도 배터리 팩 내의 배터리 모듈간 전압의 밸런싱이 가능하므로 열화로 인한 전압이 낮은 배터리 모듈 등에 의한 배터리 출력 제한 발생을 방지하여 차량 주행 성능을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 팩의 밸런싱 시스템 및 방법은, 차량의 이그니션 키 오프 상황에서 별도의 제어기가 동작하지 않고 배터리 모듈 간 전압 밸런싱이 가능하므로 운행 시간이 짧은 차량도 배터리 모듈간 전압 밸런싱을 수행하여 차량 성능을 양호하게 유지할 수 있다.
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 팩 11, 12, 13: 배터리 모듈
111, 112, 113: 배터리 셀 21, 22, 23: 전압 센싱 집적 회로
211: 레귤레이터부 213: 제어부
215: 전원 입력 단자 217: 전원 출력 단자
219: 범용 입출력 단자 24: 스위치
25: 저항 31, 32, 33: 비교기
110, 120: 분압 저항

Claims (9)

  1. 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈을 갖는 배터리 팩의 밸런싱 시스템에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈에 각각 연결되며, 웨이크업 신호의 입력에 의해 웨이크업 되어 연결된 배터리 모듈의 전력을 이용하여 동작하는 복수의 전압 센싱 집적 회로; 및
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압과 상기 배터리 팩 전압을 상기 복수의 배터리 모듈의 개수로 나눈 평균 모듈 전압을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 웨이크업 신호를 각각 출력하는 복수의 비교기;
    를 포함하되,
    상기 배터리 팩이 차량용 에너지 저장 장치로 적용되는 경우, 차량의 이그니션 키 스타트 시 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로는 초기화되고 차량의 상위 제어기와 통신하여 동작하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 밸런싱 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 비교기 각각은, 상기 배터리 모듈의 전압이 상기 평균 모듈 전압보다 큰 경우 상기 배터리 모듈에 대한 웨이크업 신호를 출력하고,
    상기 웨이크업 신호를 입력 받은 전압 센싱 집적회로는, 연결된 배터리 모듈 내 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하고 내부의 통신을 수행함에 의해 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 밸런싱 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전압 센싱 집적 회로 각각은 연결된 배터리 모듈에서 제공받은 전력을 출력하는 전원 출력 단자와 범용 입출력 단자를 포함하며,
    상기 복수의 전압 센싱 집적 회로의 범용 입출력 단자에 의해 각각 제어되는 복수의 스위치 및 상기 복수의 스위치의 상태에 따라 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로의 전원 출력 단자에서 출력되는 전력을 각각 소모하는 복수의 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 밸런싱 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 평균 모듈 전압은, (N-1):1의 분압 저항비로 상기 배터리 팩에 연결된 분압 저항에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 밸런싱 시스템(상기 N은 상기 복수의 배터리 모듈의 개수).
  6. 차량 내 전력 공급을 위해 상기 차량에 설치되며 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈을 갖는 배터리 팩의 밸런싱 방법에 있어서,
    상기 차량의 이그니션 키 오프 이후, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 전압과 상기 배터리 팩 전압을 상기 복수의 배터리 모듈의 개수로 나눈 평균 모듈 전압을 비교하는 단계;
    상기 비교하는 단계의 비교 결과 상기 평균 모듈 전압 보다 큰 전압을 갖는 배터리 모듈에 연결된 전압 센싱 집적 회로를 웨이크업 시키는 단계; 및
    상기 웨이크업 시키는 단계에서 웨이크업된 전압 센싱 집적 회로가 작동하여 자신이 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 차량의 이그니션 키 스타트 시 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로를 초기화 하고 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로가 차량의 상위 제어기와 통신하여 동작하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 소모하는 단계는, 상기 전압 센싱 집적 회로가 연결된 배터리 모듈 내 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하고 내부의 통신을 수행함에 의해 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 소모하는 단계는, 상기 복수의 전압 센싱 집적 회로의 범용 입출력 단자에 연결된 스위치를 제어하여 연결된 배터리 모듈에서 제공받은 전력을 저항에 제공함으로써 연결된 배터리 모듈의 전력을 소모하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  9. 삭제
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