KR102556994B1 - 셀 밸런싱 제어 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 시스템 - Google Patents

셀 밸런싱 제어 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 모듈 중 대응하는 배터리 모듈의 셀 밸런싱 제어 기능을 수행하는 복수의 집적회로, 및 상기 복수의 집적회로와 통신하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 제어하며, 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 셀 밸런싱이 필요하면, 제1구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 순차적으로 활성화하는 제1모드와, 상기 제1구간에 이어지는 제2구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 중지하는 제2모드를 설정된 주기마다 반복 수행하는 배터리 제어기를 포함하며, 상기 배터리 제어기는, 상기 제1모드에서 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 변경할 수 있다.

Description

셀 밸런싱 제어 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 시스템{METHOD AND BATTERY MANAGEMENT SYTEM FOR CONTROLLING CELL BALANCING}
실시 예들은 셀 밸런싱 제어 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
최근 CO2 규제 등 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 하이브리드(Hybrid) 차량이나 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid) 차량뿐만 아니라, 순수 전기 차량 또는 수소 차량에 대해 연구 및 제품 개발을 활발히 진행하고 있다.
친환경 차량에는 다양한 에너지원으로부터 얻어지는 전기 에너지를 저장하기 위해 배터리 팩이 탑재된다. 통상적으로 친환경 차량 등에 탑재되는 배터리 팩은, 고전압 전기 에너지를 공급하기 위해 서로 직렬 연결되는 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 각 배터리 모듈은 서로 직렬 또는 병렬 연결되는 복수의 셀을 포함하도록 구성된다. 또한, 배터리 팩에는 각 셀 또는 배터리 모듈의 전압, 온도, 충방전 전류 등을 상시 검출하여 배터리 팩의 이상 시 배터리 팩을 보호하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Managemnet System, BMS)이 탑재된다.
배터리 모듈을 구성하는 각 셀의 전압을 모니터링하여 셀 간 전압 편차를 보상하는 셀 밸런싱 기능은 배터리 관리 시스템의 주요 기능 중 하나이다. 배터리 관리 시스템은, 셀 밸런싱을 위해 셀 전압 모니터링 및 셀 밸런싱 기능을 수행하는 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE) IC를 배터리 모듈마다 구비하고, 상위 제어기인 배터리 제어기가 각 AFE IC와 통신하여 각 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 제어한다.
배터리 제어기와 AFE IC 간의 신호 전달 방식의 특성으로 인해, 배터리 제어기가 셀 밸런싱이 필요한 배터리 모듈들에 대해 셀 밸런싱을 동시에 활성화하는 것이 매우 어려우며, 셀 밸런싱 활성화가 배터리 모듈 별로 순차적으로 이루어질 수 밖에 없다. 이에 따라, 배터리 모듈마다 셀 밸런싱이 활성화되는 시점이 달라, 배터리 모듈들에 동일한 구간 동안 셀 밸런싱이 허여되더라도 실제 셀 밸런싱이 수행된 시간은 배터리 모듈마다 달라질 수 있다.
실시 예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 모듈들 간의 셀 밸런싱 활성화 시점의 차이로 인해 발생되는 셀 밸런싱 수행 시간의 편차를 해소할 있는 셀 밸런싱 제어 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 복수의 배터리 모듈 중 대응하는 배터리 모듈의 셀 밸런싱 제어 기능을 수행하는 복수의 집적회로, 및 상기 복수의 집적회로와 통신하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 제어하며, 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 셀 밸런싱이 필요하면, 제1구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 순차적으로 활성화하는 제1모드와, 상기 제1구간에 이어지는 제2구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 중지하는 제2모드를 설정된 주기마다 반복 수행하는 배터리 제어기를 포함할 수 있다.
상기 배터리 제어기는, 상기 제1모드에서 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 변경할 수 있다.
상기 배터리 제어기는, 상기 제1모드에 진입하면 상기 복수의 배터리 모듈로 대응하는 밸런싱 개시신호들을 순차 출력하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 활성화할 수 있다.
상기 배터리 제어기는, 주기마다 상기 밸런싱 개시신호들이 출력되는 순서를 변경하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱 활성화 순서를 변경할 수 있다.
상기 배터리 제어기는, 상기 복수의 배터리 모듈에 대해 상기 제1구간 별 평균 밸런싱 수행 시간이 균등화되도록, 주기마다 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 변경할 수 있다.
상기 배터리 제어기는, 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 순환 시프트 시킬 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 제어 방법은, 복수의 배터리 모듈에 대한 셀 전압 검출 결과에 기초하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱 여부를 결정하는 단계, 상기 복수의 배터리 모듈에 대해 셀 밸런싱이 필요하다고 판단되면, 제1구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 순차적으로 활성화하는 제1모드로 동작하는 단계, 상기 제1구간이 종료되면, 제2구간동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 비활성화하는 제2모드로 동작하는 단계, 및 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 완료될 때까지, 설정된 주기마다 상기 제1모드 및 상기 제2모드를 반복 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반복 수행하는 단계는, 상기 제1모드에서 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1모드로 동작하는 단계는, 상기 복수의 배터리 모듈로 대응하는 밸런싱 개시신호들을 출력하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 순차 활성화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 변경하는 단계는, 주기마다 상기 밸런싱 개시신호들이 출력되는 순서를 변경하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱 활성화 순서를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변경하는 단계는, 상기 복수의 배터리 모듈에 대해 상기 제1구간 별 평균 밸런싱 수행 시간이 균등화되도록, 주기마다 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변경하는 단계는, 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 순환 시프트 시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 배터리 모듈들 간의 셀 밸런싱 활성화 시점의 차이로 인해 발생되는 셀 밸런싱 수행 시간의 편차를 해소할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 실시 예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 실시 예에 따른 배터리 모듈의 셀 밸런싱 회로의 일 예를 도시한 것이다.
도 4는 배터리 제어기가 배터리 모듈들의 셀 밸런싱을 제어하기 위해 제어 신호를 출력하는 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서 밸런싱 수행 시간을 균등화하는 일 예를 도시한 것이다.
도 6은 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 제어 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 실시 예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 배터리 팩(10)은 복수의 팩 단자(P+, P-), 복수의 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n), 배터리 제어기(200), 및 통신 인터페이스(300)를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)은 복수의 팩 단자(P+, P-) 사이에 서로 직렬 연결되며, 각 배터리 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 스택(110), 및 집적회로(120)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 셀 스택(110)은 전기적으로 서로 직렬 또는 병렬 연결되는 복수의 셀(111)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)에 포함된 셀 스택(110)들은 팩 단자(P+, P-) 사이에 전기적으로 직렬 연결되어 고전압의 전기 에너지를 출력할 수 있다.
집적회로(120)는 배터리 모듈(100)을 구성하는 각 셀(111)의 셀 전압, 충방전 전류, 온도 등 배터리 모듈(100)의 상태 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 집적회로(120)는 전압 검출 회로(미도시)를 통해 대응하는 배터리 모듈(100)에 포함된 각 셀(111)의 셀 전압을 검출할 수 있다. 전압 검출 회로는 집적회로(120)의 두 개의 입력 단자(Cin) 및 두 개의 필터 저항(Rf)을 통해 대응하는 셀(111)의 양단에 연결되어, 해당 셀(111)의 셀 전압을 검출할 수 있다.
셀 전압 검출 결과 등, 집적회로(120)에 의해 검출된 배터리 모듈(100)의 상태 정보는, 주기적으로 배터리 제어기(200)로 전송되어, 배터리 모듈(100)의 충방전 제어, 셀 밸런싱 제어 등을 위해 사용될 수 있다.
집적회로(120)는 또한, 대응하는 배터리 모듈(100)의 셀 밸런싱을 제어할 수 있다. 도 3은 실시 예에 따른 배터리 모듈의 셀 밸런싱 회로의 일 예를 도시한 것이다. 도 3을 예로 들면, 셀 밸런싱 회로는, 셀(111)의 양단과 밸런싱 단자들(Bin) 사이에 각각 연결되어 방전 경로를 형성하는 두 개의 밸런싱 저항(Rb), 및 밸런싱 저항(Rb)을 흐르는 셀 밸런싱 전류 흐름을 도통하거나 차단하는 밸런싱 스위치(SWb)를 포함한다. 밸런싱 스위치(SWb)는 밸런싱 단자(Bin)들을 통해 두 개의 밸런싱 저항(Rb) 사이에 연결되며, 두 개의 밸런싱 저항(Rb)을 통해 대응하는 셀(111)의 양단 사이에 연결된다. 이에 따라, 감시회로(121)에 의해 밸런싱 스위치(SWb)가 턴 온 되면, 대응하는 셀(111)의 양단에 각각 연결된 밸런싱 저항(Rb)들을 통해 밸런싱 전류가 흘러 대응하는 셀(111)의 방전이 진행된다. 반면에, 감시회로(121)에 의해 밸런싱 스위치(SWb)가 턴 오프 되면, 방전 경로가 차단되어 대응하는 셀(111)의 밸런싱 전류 흐름이 차단된다.
전술한 집적회로(120)는, 배터리의 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE) IC, 셀 전압 모니터링(Cell Voltage Monitoring, CVM) IC 등으로 구현되며, 후술하는 배터리 제어기(200)와 함께 배터리 팩(10)의 배터리 관리 시스템(Battery Management System)으로 동작할 수 있다.
다시, 도 1을 보면, 배터리 제어기(200)는 통신 인터페이스(300)를 통해 복수의 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n) 내 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들과 데이터를 송수신할 수 있다
통신 인터페이스(300)는 서로 다른 통신 방식을 사용하는 배터리 제어기(200)와 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들 간에 신호 송수신이 가능하도록 지원할 수 있다. 예를 들어, 통신 인터페이스(300)는 CAN(Controller Area Network) 통신 등의 직렬 주변장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 배터리 제어기(200)로부터 신호를 수신하면, UART(universal asynchronous receiver transmitter)를 통해 이를 데이지 체인(Daisy chain) 방식으로 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들로 전달할 수 있다. 또한, 예를 들어, UART를 통해 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들로부터 데이지 체인 방식으로 신호를 수신하면, 이를 SPI를 통해 배터리 제어기(200)로 전달할 수 있다. 이러한 통신 인터페이스(300)는 배터리 제어기(200)와 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들이 서로 직접 통신하는 경우에는 생략될 수도 있다.
배터리 제어기(200)는 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들로부터 각 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)의 상태 정보(예를 들어, 셀 전압 검출 결과)를 수신하고, 이를 바탕으로 각 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)의 충방전을 제어할 수 있다.
또한, 배터리 제어기(200)는 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들로부터 수신한 각 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)의 셀 전압 검출 결과에 기초하여, 각 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)에 대한 셀 밸런싱 여부를 결정할 수 있다. 배터리 제어기(200)는 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들 중 셀 밸런싱이 필요하다고 판단되는 배터리 모듈에는 제어 신호를 전송하여 셀 밸런싱을 제어할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 배터리 제어기(200)가 특정 배터리 모듈에 대해 셀 밸런싱을 개시하도록 지시하는 제어신호를 "밸런싱 개시신호"라 명명하여 사용하고, 배터리 제어기(200)가 밸런싱 휴지모드 진입을 위해 배터리 모듈들의 셀 밸런싱을 중지하도록 즉, 배터리 모듈들의 셀 밸런싱이 비활성화되도록 지시하는 제어신호를 "밸런싱 중지신호"라 명명하여 사용한다.
도 4는 배터리 제어기가 배터리 모듈들의 셀 밸런싱을 제어하기 위해 제어 신호를 출력하는 일 예를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 밸런싱 저항(Rb)에 전류를 흘려 셀 밸런싱을 수행하는 경우, 셀 밸런싱 지속 시간이 너무 길어지면 밸런싱 저항(Rb)의 발열이 문제가 될 수 있다. 또한, 배터리 제어기(200)는 셀 밸런싱 제어 외에도, 주기적으로 진단(Diagnosis), 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 상태 정보 수신 등의 기능을 수행해야 한다.
따라서, 배터리 제어기(200)는 기 설정된 밸런싱 주기에 따라서 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들에 셀 밸런싱을 허여하는 밸런싱 모드와, 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 셀 밸런싱을 중지하는 밸런싱 휴지모드로 교대로 동작할 수 있다. 도 4를 참조하면, 배터리 제어기(200)는 밸런싱 구간 동안은 밸런싱 모드로 동작하고, 밸런싱 휴지구간에는 밸런싱 휴지모드로 동작할 수 있다. 밸런싱 휴지구간 동안, 배터리 제어기(200)는 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 밸런싱일 중지시키며, 진단, 상태 정보 수신 등의 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 배터리 제어기(200)는 셀 밸런싱에 필요한 시간이 밸런싱 구간의 길이보다 긴 배터리 모듈의 경우, 셀 밸런싱 절차를 복수의 밸런싱 구간에 걸쳐 이산(離散)적으로 실행하도록 제어한다.
한편, 배터리 제어기(200)와 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들 간의 신호 전달 방식의 특성으로 인해, 배터리 제어기(200)는 셀 밸런싱이 필요한 배터리 모듈이 복수개인 경우, 이들 배터리 모듈들로 전달되는 밸런싱 개시신호들을 동시 출력이 아닌 순차 출력으로 출력할 수 있다. 도 4를 예로 들면, 배터리 제어기(200)는 밸런싱 구간에 진입하면 배터리 모듈#1->배터리 모듈#2->배터리 모듈#3의 순서로 대응하는 밸런싱 개시신호들을 순차 출력하고, 이로 인해 배터리 모듈들의 셀 밸런싱이 순차적으로 활성화된다. 밸런싱 개시신호는 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)들이 현재 전송 중인 밸런싱 개시신호가 자신에게 전송된 밸런싱 개시신호인지를 판별할 수 있도록, 셀 밸런싱 대상 셀에 대한 셀 정보와 함께 대응하는 배터리 모듈의 식별정보(또는 ID)를 포함할 수 있다.
밸런싱 개시신호와 달리, 밸런싱 휴지모드로 진입하기 위해 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들로 출력되는 밸런싱 중지신호는 모든 배터리 모듈에 동일하게 적용되는 제어신호이므로, 밸런싱 개시신호와 달리 한 번만 출력되어 모든 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 밸런싱을 중지시킬 수 있다.
한편, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 배터리 제어기(200)는 밸런싱 개시신호들을 순차 출력하며, 통상적으로 밸런싱 개시신호가 출력되는 순서는 대응하는 배터리 모듈의 위치에 따라 정해진 순서가 적용된다. 이에 따라, 배터리 모듈들이 동일한 밸런싱 구간 동안 셀 밸런싱을 수행하더라도 실제 밸런싱이 수행된 시간은 배터리 모듈에 따라 편차가 발생한다. 도 4를 예로 들면, 배터리 모듈#1, 배터리 모듈#2, 및 배터리 모듈#3은 모두 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 밸런싱 구간에서 셀 밸런싱을 수행하였으나, 실제 셀 밸런싱이 활성화된 시간은 각 밸런싱 구간에서의 활성화 시점의 편차로 인해 배터리 모듈#1 > 배터리 모듈#2 > 배터리 모듈#3로 격차가 발생한다.
실시 예에서는 이러한 편차를 해소하기 위해, 매 밸런싱 주기마다 밸런싱 개시신호가 출력되는 순서 변경을 통해 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 밸런싱 활성화 순서를 변경하여 실제 밸런싱 수행 시간을 균등화한다.
도 5는 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서 밸런싱 수행 시간을 균등화하는 일 예를 도시한 것이다.
도 5를 예로 들면, 배터리 제어기(200)는 첫 번째 밸런싱 구간에서는 배터리 모듈#1->배터리 모듈#2->배터리 모듈#3의 순서로 밸런싱 개시신호들을 순차 출력하고, 두 번째 밸런싱 구간에서는 배터리 모듈#2->배터리 모듈#3->배터리 모듈#1의 순서로 대응하는 밸런싱 개시신호들을 순차 출력하고, 세 번째 밸런싱 구간에서는 배터리 모듈#3->배터리 모듈#2->배터리 모듈#1의 순서로 대응하는 밸런싱 개시신호들을 순차 출력한다. 즉, 배터리 제어기(200)는 각 배터리 모듈의 밸런싱 개시신호 출력 순서를 매 밸런싱 주기마다 하나씩 순환 시프트함으로써, 매 밸런싱 주기마다 배터리 모듈들의 밸런싱 활성화 순서가 변경되도록 제어한다.
이와 같이, 배터리 제어기(200)는 매 밸런싱 구간마다 배터리 모듈들로 밸런싱 개시신호가 출력되는 순서를 변경함으로써, 3개의 밸런싱 구간 동안 배터리 모듈#1, 배터리 모듈#2, 및 배터리 모듈#3에서 실제 밸런싱을 수행한 시간을 균등화하였다. 즉, 밸런싱 구간 별 평균 밸런싱 수행 시간을 모든 배터리 모듈에 대해 균등화하였다.
도 6은 실시 예에 따른 배터리 팩의 셀 밸런싱 제어 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 6의 셀 밸런싱 제어 방법은 도 1을 참조하여 설명한 배터리 팩(10)의 배터리 관리 시스템에 의해 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 각 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)를 통해 각 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)을 구성하는 셀(111)들의 셀 전압을 주기적으로 검출한다(S10).
각 집적회로(120-1, 120-2, 120-3, …, 120-n)에 의해 검출된 셀 전압 검출결과는 배터리 제어기(200)로 전달되며, 배터리 제어기(200)는 이를 토대로 각 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)에 대한 셀 밸런싱이 필요한지 판단한다(S11).
배터리 제어기(200)가 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단되면, 밸런싱 모드에 진입하여(S12), 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들로 밸런싱 개시신호들을 출력하여 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 셀 밸런싱을 순차적으로 활성화한다(S13).
그리고, 밸런싱 모드 진입 후 소정 시간(밸런싱 구간)이 경과하면, 배터리 제어기(200)는 밸런싱 휴지모드에 진입하고(S14), 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들로 밸런싱 중지신호를 출력하여 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 밸런싱을 비활성화한다(S15).
이후, 배터리 관리 시스템은, 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 셀 전압이 균등화되어 셀 밸런싱이 완료될 때까지(S16), 매 밸런싱 주기마다 상기 S12 단계 내지 S15 단계를 반복 수행한다. 이 과정에서, 배터리 관리 시스템은 상기 S12 단계 내지 S15 단계를 반복 수행될 때마다 즉, 매 밸런싱 주기마다 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들의 밸런싱 활성화 순서를 변경함으로써(S17), 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들 간에 밸런싱 수행 시간을 균등화한다. 즉, 배터리 모듈(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n)들 간에, 밸런싱 구간들에 대한 평균 셀 밸런싱 수행 시간을 균등화한다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 배터리 팩
100, 100-1, 100-2, 100-3, …, 100-n: 배터리 모듈
110: 셀 스택
111: 셀
120, 120-1, 120-2, 120-3, … 120-n: 집적회로
121: 감시회로
200: 배터리 제어기
300: 통신 인터페이스
SWb: 밸런싱 스위치
Rb: 밸런싱 저항
Rf: 필터 저항
Bin: 밸런싱 단자
Cin: 입력 단자

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 모듈 중 대응하는 배터리 모듈의 셀 밸런싱 제어 기능을 수행하는 복수의 집적회로, 및
    상기 복수의 집적회로와 통신하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 제어하며, 상기 복수의 배터리 모듈에 대한 셀 밸런싱이 필요하면, 제1구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 순차적으로 활성화하는 제1모드와, 상기 제1구간에 이어지는 제2구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 중지하는 제2모드를 설정된 주기마다 반복 수행하는 배터리 제어기를 포함하며,
    상기 배터리 제어기는, 상기 제1모드에서 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 변경하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는, 상기 제1모드에 진입하면 상기 복수의 배터리 모듈로 대응하는 밸런싱 개시신호들을 출력하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 활성화하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는, 주기마다 상기 밸런싱 개시신호들이 출력되는 순서를 변경하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱 활성화 순서를 변경하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는, 상기 복수의 배터리 모듈에 대해 상기 제1구간 별 평균 밸런싱 수행 시간이 균등화되도록, 주기마다 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 변경하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어기는, 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 순환 시프트 시키는 배터리 관리 시스템.
  6. 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 제어 방법에 있어서,
    복수의 배터리 모듈에 대한 셀 전압 검출 결과에 기초하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱 여부를 결정하는 단계,
    상기 복수의 배터리 모듈에 대해 셀 밸런싱이 필요하다고 판단되면, 제1구간 동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 순차적으로 활성화하는 제1모드로 동작하는 단계,
    상기 제1구간이 종료되면, 제2구간동안 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 비활성화하는 제2모드로 동작하는 단계, 및
    상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 완료될 때까지, 설정된 주기마다 상기 제1모드 및 상기 제2모드를 반복 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 반복 수행하는 단계는,
    상기 제1모드에서 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 변경하는 단계를 포함하는 셀 밸런싱 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1모드로 동작하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 모듈로 대응하는 밸런싱 개시신호들을 출력하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱을 활성화하는 단계를 포함하는 셀 밸런싱 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는,
    주기마다 상기 밸런싱 개시신호들이 출력되는 순서를 변경하여 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱 활성화 순서를 변경하는 단계를 포함하는 셀 밸런싱 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 모듈에 대해 상기 제1구간 별 평균 밸런싱 수행 시간이 균등화되도록, 주기마다 상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 변경하는 단계를 포함하는 셀 밸런싱 제어 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 모듈의 셀 밸런싱이 활성화되는 순서를 주기마다 순환 시프트 시키는 단계를 포함하는 셀 밸런싱 제어 방법.
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