KR102618739B1 - 배터리 관리 시스템，및 배터리 관리 시스템의 배터리모듈의 밸런싱 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템，및 배터리 관리 시스템의 배터리모듈의 밸런싱 방법 Download PDF

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Abstract

발명의 실시 예에 개시된 배터리 관리 시스템은, 배터리 모듈들 각각에 포함된 배터리 셀들의 온도 및 전압을 측정하는 측정부; 상기 배터리 모듈의 셀들 간의 전압 편차를 밸런싱하는 셀 밸런싱부; 상기 배터리 모듈들 간의 전압 편차를 보상하는 모듈 밸런싱부; 및 상기 측정부, 상기 셀 밸런싱부 및 모듈 밸런싱부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템，및 배터리 관리 시스템의 배터리모듈의 밸런싱 방법{Battery management system, and method of balancing of battery module thereof}
발명의 실시 예는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
발명의 실시 예는 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 모듈의 밸런싱 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system), 전기 자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 및 전기 오토바이(E-Scooter) 등을 구동하기 위하여 대용량의 전력을 발생할 수 있는 대용량의 배터리(배터리 모듈)가 사용될 수 있다.
특히, 신재생 에너지의 보급과 함께 스마트 그리드(smart grid)의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화시킬 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system)에 대한 관심도 증가하고 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 다수의 배터리 셀들(Battery Cells)을 가지는 대용량의 배터리 모듈(Battery Module)을 포함할 수 있고, 남는 전력(남는 에너지)을 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전력계통(grid)에 저장하는 기술로서 전력의 품질과 효율성을 최적화할 수 있는 시스템을 말한다.
상기 배터리 모듈을 보다 효율적이고 안정적으로 관리하는 장치가 배터리 관리 시스템이다. 배터리 관리 시스템은 다수개의 배터리 셀들에 연결되어 각 배터리 셀의 전압 값을 A/D 컨버터(analog to digital converter)를 통해 읽어 들인 후 배터리 셀의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.
다수개의 배터리 셀(battery cell)들을 연결하여 하나의 배터리 모듈로 사용할 경우, 배터리 모듈을 이루는 배터리 셀들의 지닌 화학적 차이, 물성적 차이, 또는 사용기간의 차이 등으로 인해 각 배터리 셀 간에 전압차가 발생될 수 있다. 상기 배터리 셀 간의 전압차로 인해 배터리 모듈의 수명이 단축될 수 있으므로, 최종적으로는 단셀(단일 배터리 셀) 1개의 전압강하와 같은 성능저하 때문에 패키지화된 배터리 모듈 전체가 새로운 배터리 모듈로 교체되어야 하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 에너지 저장 시스템(ESS) 및 전기 자동차 등에 사용되는 대용량 배터리의 충전 또는 방전 시, 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 하는 배터리 관리시스템에 의한 셀 밸런싱(cell balancing) 과정이 필요할 수 있다.
셀들 간의 밸런싱을 수행하는 방법의 일 예로서 다중 권선 변압기를 이용하여 모듈(module)과 셀 사이에 에너지를 전달하는 방법을 들 수 있다. 이 방법에 따라 높은 전압을 갖는 셀에서 낮은 전압을 갖는 셀로 에너지를 전달하는 경우, 높은 전압을 갖는 셀에서 밸런싱 회로를 거쳐 모듈로 에너지가 전달되고, 다시 모듈에서 밸런싱 회로를 거쳐 낮은 전압을 갖는 셀로 에너지가 전달되는 과정을 거친다. 즉, 높은 전압을 갖는 셀에서 낮은 전압을 갖는 셀로 에너지를 전달할 때 밸런싱 회로를 두 번 거치게 되며, 그로 인하여 불필요한 에너지 소모가 발생할 수 있다. 또한, 변압기는 하나의 코어(core)와 보빈(bobbin)에 셀 수와 동일한 수의 권선이 감겨야 하기 때문에, 셀의 수가 많을수록 변압기의 설계가 어려울 뿐만 아니라 밸런싱 회로의 부피가 커지게 된다.
발명의 실시 예는 복수의 배터리 셀들을 갖는 각 배터리 모듈들의 밸런싱하기 위한 배터리 관리 시스템 및 배터리모듈의 밸런싱 방법을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 각 배터리 모듈의 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 및 각 배터리 모듈들의 밸런싱을 위한 배터리 관리 시스템 및 배터리모듈의 밸런싱 방법을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 모듈들 각각에 포함된 배터리 셀들의 온도 및 전압을 측정하는 측정부; 상기 배터리 모듈의 셀들 간의 전압 편차를 밸런싱하는 셀 밸런싱부; 상기 배터리 모듈들 간의 전압 편차를 보상하는 모듈 밸런싱부; 및 상기 측정부, 상기 셀 밸런싱부 및 모듈 밸런싱부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 모듈 밸런싱부는 상기 배터리 모듈의 양단에 각각 연결되고 상기 각 배터리 모듈의 정전압/정전류를 충전하거나 차단할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 모듈 배런싱부는 상대적으로 낮은 전압을 갖는 배터리 모듈을 충전할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 모듈 배런싱부는 공급된 DC 전압을 다운시켜 각 배터리 모듈에 정전압/정전류를 공급하는 컨버터와, 상기 컨버터의 동작을 제어하는 스위치부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 스위치부는 상기 컨버터의 1차 권선의 타단에 연결되고, 상기 제어부로부터 받은 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작을 수행할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 배터리 모듈의 배터리 관리 방법은, 복수의 배터리 셀을 갖는 각 배터리 모듈들의 전압을 검출하는 단계; 상기 배터리 모듈들 간의 전압 차이를 계산하는 단계; 상기 계산결과, 전압이 낮은 배터리 모듈을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 배터리 모듈의 모듈 밸런싱부를 동작시켜, 상기 검출된 배터리 모듈에 정전압/정전류를 충전시켜 주는 단계를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예는 배터리의 셀들을 갖는 모듈 간의 편차를 줄일 수 있다.
발명의 실시 예는 배터리의 셀들 간의 편차를 줄일 수 있다.
발명의 실시 예는 배터리 모듈 간의 밸런싱을 통해 모듈 내의 셀의 이상 여부를 체크할 수 있다.
발명의 실시 예는 배터리 모듈에 대한 셀 밸런싱 동작(cell balancing operation)을 위한 충전 및 방전 회수(cycle)를 감소시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예는 배터리의 셀 밸런싱 동작에 사용되는 전기 에너지의 소모를 감소시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예는 배터리 모듈의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 1은 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템의 상세 블록 구성도이다.
도 3은 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀, 배터리 모듈 및 배터리 팩의 예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 모듈 간이 연결된 회로도이며, (b)는 배터리 모듈 내의 셀들의 충전 또는 방전의 예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 간의 밸런싱 동작을 나타낸 회로 구성도이다.
도 6은 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 간의 밸런싱 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 셀 밸런싱 기능이 있는 배터리 관리 시스템은 독립적으로 운영 될 수 있는 시스템으로서, 상기 배터리 모듈들을 여러 개 직렬, 병렬, 또는 직렬 병렬로 연결하여 대용량의 배터리 시스템, 배터리 에너지저장 장치 (BESS, battery energy storage system) 또는 배터리 팩을 구성 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(BMS: Battery management system)을 설명하는 블록 다이어 그램이다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은 측정부(120), 셀 밸런싱부(cell balancing unit)(130), 모듈 밸런싱부(140) 및 제어부(110)를 포함한다.
상기 배터리 관리 시스템(BMS)(100)은 전기 자동차, 하이브리드(hybrid) 전기자동차, 또는 스마트 배전을 위한 대용량 에너지 저장장치이고 풍력발전 또는 태양열 발전 등과 같은 신재생 에너지 분야에 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS)과 같은 기기에 장착될 수 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 예를 들어 대용량(350(V), 10(AH))의 3.5(KW)급 가정용(주택용) 에너지 저장장치로서 모듈화(50(V), 5(AH))된 단위 셀(5(V) 또는 3.7(V), 5(AH))들을 직렬 혹은 병렬로 연결하여 만들 수 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있는 PCS(Power Conditioning System, 전력 변환 장치(전력변환기))을 통해 전력 계통에 연계될 수 있다. 그 반대로, 상기 PCS는 양방향 PCS로서, 전력계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 상기 변환된 직류 전력이 BMS(200)를 통해 배터리 모듈(100)에 제공되도록 할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 모듈부(150)에 연결되어, 각 종 제어를 수행할 수 있다. 상기 배터리 모듈부(150)는 복수의 배터리 모듈(151,152,153)을 포함하며, 상기 복수의 배터리 모듈(151,152,153)은 서로 직렬 혹은 병렬로 연결되어, 소정의 전력을 제공할 수 있다. 도 3과 같이, 배터리 셀(51,52)이 복수로 직렬 연결하여 하나의 배터리 모듈(151)로 제공되며, 각각의 배터리 모듈(151)을 복수로 직렬 연결하여 배터리 팩과 같은 배터리 모듈부(150)로 구현될 수 있다. 이러한 배터리 모듈부(150)는 복수의 배터리 셀들을 갖는 복수의 배터리 모듈로 제공될 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 2와 같이, 상기 배터리 관리 시스템(BMS)(200)은 배터리 모듈부(150)의 배터리 모듈(151,152,153)의 다양한 상태를 모니터링(monitoring)(측정 또는 감지)하여, 배터리 모듈(151,152,153)의 온도, 배터리 모듈(151,152,153)의 주변온도, 배터리 모듈(151,152,153)의 전압, 및 배터리 모듈(151,152,153)의 방전(또는 충전) 전류(또는 배터리 모듈의 정격 용량(Ah)에 C-rate(current rate)를 곱한 값) 등에 따라 배터리 보호를 위한 제어를 할 수 있고 기기의 운전자(operator)에게 배터리 상태를 알려주고, 배터리 모듈(151,152,153)을 적정상태로 관리하는 기능을 가질 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템(BMS)(200)은 배터리 모듈(151,152,153)의 각 배터리 셀(51,52,53)의 전압과 전류와 온도를 측정하여 셀(51,52,53)의 셀 밸런싱(cell balancing)과 SOC(State of Charge, 잔존 용량)를 산정하고 에너지 저장 시스템(ESS)의 안전, 충전, 또는 방전을 제어할 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템(BMS)(200)은 배터리 모듈(151,152,153)의 배터리 셀들(51,52,53)의 전압을 밸런싱(balancing)(균등 충전)할 수 있다.
배터리 셀(51,52,53)의 고유한 특성 때문에 배터리 셀(51,52,53)에 대해 장기간 충전 및 방전을 수행하게 되면, 셀 전압이 서로 달라 질 수 있다. 그 결과, 다수의 배터리 셀(51,52,53)들을 포함하는 배터리 모듈(151,152,153)에서 최소전압과 최대전압이 존재하며, 그 차이가 크게 되면 과충전 또는 과방전을 초래하게 되어 1개의 셀 때문에 전체 모듈의 수명이 급격히 단축될 수 있다. 따라서 다수의 배터리 셀들로 구성되는 모듈에서 셀 밸런싱은 배터리 모듈의 수명을 극대화하기 위해 매우 중요하다.
상기 측정부(120)는 각 배터리 모듈(150: 151,152)에 연결되어 각종 정보를 센싱하고, 상기 셀 밸런싱부(130: 131,132)는 상기 센싱된 정보를 기초로 각 모듈의 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 이러한 측정부(120) 및 셀 밸런싱부(130)는 제어부(110)의 제어를 받아 동작하게 된다.
상기 배터리 모듈(151,152,153)의 전압 및 온도를 센싱하며, 셀들의 전압을 측정할 수 있다. 상기 측정부(120)는 각 배터리 모듈(151,152,153)에 포함된 배터리 셀(51,52,53)들 각각의 충전 전압인 개방 회로 전압(OCV, open circuit voltage)을 측정(센싱(sensing))한다. 배터리 모듈(battery module)(또는 배터리 팩(battery pack))(151,152,153)은 적어도 두 개의 2차 전지인 배터리 셀들(battery cells)(51,52,53)을 포함한다. 개방 회로 전압(OCV)은 배터리 셀(51,52,53)이 방전 또는 충전되지 않을 때의 배터리 셀의 양극과 음극 사이의 충전 전압일 수 있고, 장기(장시간) 개방회로 전압일 수 있다. 즉, 개방 회로 전압(OCV)은 충전 또는 방전 전류를 중단한 후 예를 들어 수 십분 또는 1시간이 지난 다음에 양극과 음극의 양단 전압을 측정한 전압으로서, 필요시 수 분이내의 양단 전압을 OCV로 사용할 수도 있다. 상기 배터리 셀(51,52,53)들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있고, 배터리 셀(51,52,53)들 각각은 배터리 셀의 온도, 충전 및 방전 횟수, 충전 전류량, 또는 방전 전류량에 따라 충전 전압(또는 방전 전압)이 달라질 수 있다. 예컨대, 일정 개의 배터리 셀(51,52,53)을 갖는 배터리 모듈(151,152,153) 각각에는 셀 밸런싱부(130: 131,132)가 연결되며, 상기 셀 밸런싱부(130: 131,132) 및 배터리 모듈(151,152,153) 각각의 각 정보는 측정부(120: 121,122)에 의해 검출될 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 측정부(120:121,122)에서 측정된 개방 회로 전압(OCV)들의 평균 전압을 밸런싱 전압으로 설정할 수 있다. 제어부(110)는 상기 설정된 밸런싱 전압에 근거하여 셀 밸런싱부(130:131,132)에 포함된 도 4와 같은 스위치 회로(SW)의 제어를 통해, 상기 밸런싱 전압보다 높은 측정부(120:121,122)에서 측정된 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀들 각각이 전류를 방출(또는 방전)하여 상기 밸런싱 전압으로 밸런싱되고 상기 밸런싱 전압보다 낮은 측정부(120)에서 측정된 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀들 각각에 전류가 주입되어 상기 밸런싱 전압보다 낮은 측정부(120)에서 측정된 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀들 각각이 밸런싱 전압으로 밸런싱(충전)되도록 제어할 수 있다.
도 4의 (a)(b)와 같이, 셀 밸런싱부(131)의 상기 스위치 회로(SW)는 저항(R)에 전기적으로 연결되고, 스위치 회로(SW)는 제어부(110)의 제어에 의해 상기 밸런싱 전압 보다 높은 측정부(120)에서 측정된 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀(51,52,53)들 각각으로부터 출력되는 전류를 상기 저항(R)으로 방출하여 상기 밸런싱 전압보다 높은 측정부(120)에서 측정된 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀들 각각의 충전 전압을 상기 밸런싱 전압으로 밸런싱(균등 충전)시킬 수 있다.
또한 상기 스위치 회로(SW)는 전류원에 전기적으로 연결되고, 스위치 회로(SW)는 제어부(110)의 제어에 의해 상기 밸런싱 전압보다 낮은 측정부(120)에서 측정된 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀(51,52,53)들 각각으로 상기 전류원의 전류를 주입(충전)하여 상기 밸런싱 전압보다 낮은 측정부(120)에서 측정된 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀들 각각의 충전 전압을 상기 밸런싱 전압으로 밸런싱시킬 수 있다. 상기 스위치 회로(SW)는 FET와 반도체 소자이거나 릴레이 같은 접점 스위치를 포함할 수 있으며, 상기 스위치 회로(SW)는 배터리 셀에 유입되는 전력을 연결 또는 차단하는 역할을 할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 상기 배터리 관리 시스템(BMS)(200)은 모듈 밸런싱부(140: 141,142)를 포함할 수 있다. 배터리 모듈(150)의 보관 시 외부의 온도 또는 보관 상태에 따라 배터리 모듈 간의 전압 편차가 발생될 수 있다. 여기서, 상기 배터리 모듈 간의 전압 편차를 최소화하고 소비 전류를 줄이기 위해, 상기 제어부(110)는 상기 배터리 관리 시스템을 슬립(Sleep) 모드로 전환할 수 있다. 또한 상기한 셀 밸런싱 동작은 배터리 셀들 간의 편차에 대한 밸런싱을 수행하게 되며, 모듈들 간의 전압 편차가 발생될 경우, 상기한 셀 밸런싱부(130: 131,132)를 통해 배터리 모듈의 밸런싱하는 각 모듈의 셀 밸런싱 간의 편차를 줄이는 반복 과정을 통해 진행하게 되므로, 과정이 복잡하고 불 필요한 셀 밸런싱을 수행하는 문제가 있다.
발명의 실시 예에 따른 상기 모듈 밸런싱부(140: 141,142)는 각 배터리 모듈(151,152)에 연결될 수 있다. 상기 각 모듈 밸런싱부(140: 141,142)는 DC/DC 컨버터로서, 배터리 모듈들 간의 전압 편차가 발생된 경우, 상기 측정부(120)에서 배터리 모듈(150: 151,152) 간의 전압 편차를 검출하고, 상기 제어부(110)는 상기 밸런싱 모듈부(140:141,142)에 제어 신호를 전달하게 된다. 이때 상기 제어부(110)는 제어 신호(S1,S2)를 송부하게 되며, 상기 제어 신호에 의해 검출된 전압 편차로부터 전압이 상대적으로 큰 전압을 갖는 배터리 모듈(140)은 방전하거나, 전압이 상대적으로 낮은 전압은 충전시켜 줄 수 있다. 이에 따라 불필요한 셀 밸런싱은 방지하고 배터리 팩의 수명은 증가시켜 줄 수 있다.
또한 상기 밸런싱 모듈부(140)는 모듈 간의 밸런싱을 통해 각 배터리 모듈(150) 내의 셀의 이상 유부를 체크할 수 있다. 또한 밸런싱 모듈부(140)를 통해 불필요한 셀 밸런싱의 회수를 줄여줄 수 있다.
도 5와 같이, 모듈 밸런싱부(140)는 각 배터리 모듈(151,152)의 양단에 연결되어, 소정의 정전압/정전류(VC: CC/CV)를 송부하게 된다. 상기 측정부(120)는 제어부(110)의 제어 신호를 받아, 제어 단자를 통해 제어 신호(S1,S2)를 각 모듈 밸런싱부(140)에 전달하게 된다.
이때 상기 모듈 밸런싱부(140)는 컨버터(L1)와 컨버터(L1)에 연결된 스위치부(SW1)를 포함할 수 있다. 상기 컨버터(L1)의 1차 권선에는 높은 전압이 공급되어, 2차 권선에는 상기 높은 전압이 다운 변환되어 CC/CV 전압으로 각 배터리 모듈로 충전 전압을 공급할 수 있다. 이때 스위치부(SW1)는 상기 컨버터(L1)의 1차 권선의 타단에 연결되어, 제어 신호(S1,S2)에 의해 온 또는 오프될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(150: 151,152) 간의 전압 편차가 발생되면, 상기 제어 신호(S1,S2)에 의해 컨버터(L1)에 공급되는 전압이 다운 변환되어, 충전 또는 차단될 수 있다. 이러한 동작을 통해 각 배터리 모듈 중에서 전압이 상대적으로 낮은 전압을 충전시켜 주어, 일부 배터리 모듈의 전압을 보상하여 배터리 모듈 간의 전압 편차를 줄여줄 수 있다.
제어부(110)는 CPU(central processing unit)로서, 측정부(120), 셀 밸런싱부(130) 및 모듈 밸런싱부(140)를 포함하는 배터리 관리 시스템(BMS)(200)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라 배터리 셀들 간의 밸런싱과 배터리 모듈 간의 밸런싱을 통해 배터리 팩 내에서 모듈들 간의 편차를 줄여줄 수 있다.
도 6은 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 방법의 예이다.
도 5 및 6을 참조하면, 배터리 관리 시스템은 각 측정부를 통해 각 배터리 모듈의 전압을 검출하며(301), 상기 검출된 각 배터리 모듈의 전압 차이를 계산하며(303), 상기 계산결과 전압이 낮은 배터리 모듈을 검출하며(305), 상기 검출된 전압이 낮은 배터리 모듈에 제어 신호(S1,S2)를 전달하게 된다.
이러한 제어 신호에 의해 모듈 밸런싱부는 구동되어, 상기 검출된 전압이 낮은 배터리 모듈의 전압 레벨을 보상하게 된다(307). 이러한 동작을 반복하여, 모듀들 간의 전압 편차를 최소화시켜 주거나 제거할 수 있다.
발명의 실시 예는 배터리 모듈 간의 편차를 줄여줄 수 있어, 배터리 모듈의 재활용 비율을 높여줄 수 있고, 배터리 모듈의 수명을 증가시켜 줄 수 있다. 또한 비정상적인 전압 레벨을 갖는 배터리 모듈의 결합시에도 편차를 보상하여, 배터리 교체 비용을 낮출 수 있다. 또한 각 모듈 밸런싱부를 각각 제어하여, 개별 배터리 모듈의 충전 동작을 제어하여, 모듈 간의 편차를 줄여줄 수 있어, 회로 자체의 효율이 개선될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 배터리 관리 시스템
110: 제어부
120: 측정부
130: 셀 밸런싱부
140: 모듈 밸런싱부
150: 배터리 모듈부
151,152,153: 배터리 모듈
51,52,53: 셀

Claims (5)

  1. 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈 내에 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈부, 및 상기 배터리 모듈부에 연결되어 각 종 제어를 수행하는 배터리 관리 시스템에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각에 연결되며, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 상기 배터리 셀들의 온도 및 전압을 측정하는 복수의 측정부;
    상기 복수의 배터리 모듈 각각과 상기 복수의 측정부 각각에 연결되며, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 배터리 셀들 간의 전압 편차를 밸런싱하는 복수의 셀 밸런싱부;
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 양단에 연결되며, 상기 배터리 모듈들 간의 전압 편차를 보상하는 복수의 모듈 밸런싱부; 및
    상기 복수의 측정부, 상기 복수의 셀 밸런싱부 및 상기 복수의 모듈 밸런싱부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 복수의 측정부 각각에서 측정된 개방 회로 전압들의 평균 전압을 배터리 셀의 밸런싱 전압으로 설정하고, 상기 밸런싱 전압에 근거하여 상기 밸런싱 전압보다 높은 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀들 각각이 전류를 방전하도록 상기 복수의 셀 밸런싱부를 제어하여 상기 밸런싱 전압으로 밸런싱하고, 상기 밸런싱 전압에 근거하여 상기 밸런싱 전압보다 낮은 개방 회로 전압을 가지는 배터리 셀들 각각이 전류를 충전하도록 상기 복수의 셀 밸런싱부를 제어하여 상기 밸런싱 전압으로 밸런싱하며,
    상기 복수의 모듈 밸런싱부 각각은 상기 배터리 모듈들 사이의 전압 편차를 검출하고, 상기 검출된 전압 편차로부터 상기 각 배터리 모듈을 정전압/정전류로 충전하거나 차단하여 상기 배터리 모듈들 간의 전압 밸런싱을 수행하며,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 상태를 모니터링하여, 상기 복수의 측정부를 통해 측정된 각 배터리 모듈의 온도 및 각 배터리 모듈의 전압에 따라 배터리 보호를 위한 제어를 수행하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 밸런싱부 각각은 상대적으로 낮은 전압을 갖는 배터리 모듈을 충전하며,
    상기 모듈 밸런싱부는 공급된 DC 전압을 다운시켜 각 배터리 모듈에 정전압/정전류를 공급하는 컨버터와, 상기 컨버터의 동작을 제어하는 스위치부를 포함하며,
    상기 스위치부는 상기 컨버터의 1차 권선의 타단에 연결되고, 상기 제어부로부터 받은 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작을 수행하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 복수의 배터리 모듈의 외부의 온도에 따라 발생되는 전압 편차를 보상하며, 상기 배터리 모듈들의 소비 전류를 줄이기 위해 슬립(Sleep) 모드로 전환되는 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    배터리 모듈의 결합시 상기 모듈 밸런싱부를 통해 상기 결합된 배터리 모듈의 충전을 제어하는 배터리 관리 시스템.
  5. 삭제
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