KR20110011415A

KR20110011415A - 자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20110011415A
Application number: KR1020090069052A
Authority: KR
Inventors: 박용준; 임종언; 정인성; 김형선
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-08
Also published as: KR101578432B1

Abstract

본 발명은 배터리 팩의 셀들을 효율적으로 관리함으로써 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리(cruising radius)를 늘릴 수 있는 자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치는, 배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 전압 검출부와; 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 제어부와; 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 모터에 제공하는 스위칭부로 구성된다.

자동차, 배터리

Description

자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법{BATTERY CONTROLLING APPARATUS FOR MOBILE VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 기술에 따른 자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법은 배터리 셀의 안전성과 수명 향상 및 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 유지시키는 역할을 하였다.

본 발명의 목적은, 배터리 팩의 셀들을 효율적으로 관리함으로써 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리(cruising radius)를 늘릴 수 있는 자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 제어 장치는, 배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 전압 검출부와; 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 제어부와; 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 모터에 제공하는 스위칭부로 구성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 제어 장치는, 전기 자동차의 배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 전압 검출부와; 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 전기 자동차가 정차중일 때 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 제어부와; 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 상기 전기 자동차의 모터에 제공하는 스위칭부로 구성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 제어 방법은, 배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 단계와; 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하는 단계와; 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계와; 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 모터에 제 공하는 단계로 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 제어 방법은, 전기 자동차의 배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 단계와; 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하는 단계와; 상기 전기 자동차가 정차중일 때 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계와; 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 상기 전기 자동차의 모터에 제공하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 실시예들에 따른 자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법은, 배터리의 각 셀의 전압을 검출하고, 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하고, 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 모터에 제공함으로써, 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작 없이도 배터리의 전원을 일정하게 관리할 수 있음과 동시에 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작에서 방전되는 에너지를 버리지 않고, 모터에 제공함으로써 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리(cruising radius)를 늘릴 수 있는 효과가 있다.

이하에서는, 배터리의 각 셀의 전압을 검출하고, 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하고, 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 모터에 제공함으로써, 전기 자동차의 배터리 팩의 셀들을 효율적으로 관리할 수 있고, 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리(cruising radius)를 늘릴 수 있는 자동차의 배터리 제어 장치 및 그 방법의 바람직한 실시예들을 도1 내지 도7을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 전기 자동차의 배터리를 나타낸 도이다. 본 발명의 배터리 제어 장치 및 그 방법은 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차뿐만 아니라 배터리가 사용되는 다양한 전기/전자 장치에 사용될 수 있다.

도1에 도시한 바와 같이, 전기 자동차(1)는 모터에 전원을 공급하는 배터리(2)를 포함한다. 예를 들면, 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicles)는 필요 전력을 공급받기 위해 다수개의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩을 탑재한다. 상기 배터리 팩에 포함되어 있는 다수개의 배터리 셀은 안전성과 수명 향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 해줄 필요가 있다. 배터리 제어 장치는 배터리 팩의 배터리들을 충전 또는 방전하면서 각 배터리가 적절한 전압을 가질 수 있게 한다. 반면, 다수개의 배터리 셀들은 내부 임피던스의 변화 등의 여러 요인에 의해 평형 상태를 안정적으로 유지하기가 어려워 배터리 관리 시스템에서는 다수의 배터리 셀들의 충전 상태를 평형화시키기 위한 밸런싱 기능을 가진다.

예를 들면, 배터리 팩 내의 배터리 셀들의 자기 방전률의 차이에 의해 시간이 지남에 따라 배터리 팩 내의 배터리 셀들간의 잔존용량(State Of Charge, 이하 SOC라 함)의 차이가 발생하게 된다. 이러한 배터리 셀들간의 용량 불균형(imbalance)을 극복하기 위해 배터리 셀들마다 충전(boost) 및/또는 방전(buck)을 해주기 위해 별도의 회로를 구성한다.

도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 하이브리드 전기 자동차의 구성을 나타낸 도이다. 본 발명의 배터리 제어 장치 및 그 방법은 하이브리드 전기자동차뿐만 아니라, 순수 전기자동차에도 적용 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 전기자동차는, 동력원으로서 엔진(101)과 모터/발전기 유닛(motor/generator unit: 이하, "M/G 유닛"이라 약칭함)(102)을 포함한다. 동력원에 의하여 구동되는 구동륜(driven wheel)은 전륜구동 차량(front-wheel drive vehicle)에서는 전륜(front-wheel), 그리고 후륜구동 차량(rear-wheel drive vehicle)에서는 후륜(rear-wheel)이다. 다만, 이하에서는 전륜구동 차량에 관하여 설명한다. 후륜구동 차량에 관한 실시예는 전륜구동 차량에 관한 이하의 설명으로부터 자명하다.

상기 M/B 유닛(102)은 구동상태에 따라 모터로 또는 발전기로 선택적으로 기능하는 장치로서, 당업자에게 자명하다. 따라서, 이하의 설명에서는 이해의 편의상 M/G 유닛(102)을 모터 혹은 발전기와 같은 명칭으로 사용할 수있으나, 모두 동일한 구성요소를 지칭하는 것이다. 상기 전기자동차의 엔진(101)과 모터(102)는 직렬로 변속기(transmission)에 연결된다.

상기 M/G 유닛(102)은 모터 제어 유닛(motor control unit: MCU(103)의 제어에 따라 인버터(inverter)(104)의 신호에 의해 구동된다.

상기 인버터(104)는 MCU(103)의 제어에 의하여, 배터리(105)에 저장된 전기에너지를 이용하여 상기 M/G 유닛(102)을 동력원으로서 구동하고, 상기 M/G 유닛(102)을 발전기로 구동하는 경우에 M/G 유닛(102)에서 발전된 전기에너지를 배터리(105)에 충전한다.

상기 엔진(101)과 M/G 유닛(102)의 동력은 클러치(106)를 통해 변속기(T/M)(107)로 전달되며, 최종 감속 기어(final drive gear, F/R)(108)를 통해 전륜(109)으로 전달된다. 후륜(110)은 엔진(101)과 M/G 유닛(102)에 의해 구동되지 않는 비구동륜이다.

상기 전륜(109)과 후륜(110) 각각에는 각 바퀴의 회전속도를 저감시키기 위한 휠 브레이크 장치(wheel brake apparatus)(111)가 개재된다. 그리고 각 휠 브레이크 장치(111)를 구동할 수 있도록, 브레이크 페달(112) 및 브레이크 페달(112)의 조작에 따라 생성된 유압을 기초로 각 휠 브레이크 장치(111)를 유압 제동하는 유압제어 시스템(hydraulic control system)(113)을 포함한다. 상기 전기 자동차는 상기 유압제어 시스템(113)을 제어하고 유압제어 시스템(113)으로부터 브레이크 제어 상태를 수신하는 브레이크 제어 유닛(brake control unit: BCU)(114)을 포함한다.

상기 BCU(114)는 운전자의 브레이크 페달(112) 조작 시에, 유압제어 시스템(113)에서 발생되는 유압을 검출한다. 상기 BCU(114)는 이를 기초로 구동륜(예를 들면, 전륜(109))에 인가될 제동력과 이 중 유압에 의해 제동될 유압 제동력 및 회생제동에 의해 제동될 회생제동력을 산출한다. 이에 따라 상기 BCU(114)는 산출된 유압제동력을 유압제어 시스템(113)의 제어를 통해 전륜(109)의 휠 브레이크 장치(111)에 공급한다.

상기 전기자동차는 BCU(114) 및 MCU(103)와 통신(communication)하여 이들을 제어함으로써 최대 속도 제한방법을 수행하는 전기자동차를 구현하는 전기자동차 전자 제어 유닛(hybrid electric vehicle electronic control unit: HEV-ECU)(115)을 포함한다.

상기 BCU(114)에서 산출된 회생제동력은 상기 HEV-ECU(115)로 전달되고, 이에 따라 HEV-ECU(115)는 수신한 회생제동력을 기초로 MCU(103)를 제어한다. 따라서 MCU(103)는 HEV-ECU(115)로부터 지정된 회생제동력이 구현되도록 M/G 유닛(102)을 발전기로서 구동한다. 이때, 상기 M/G 유닛(102)에 의해 발전된 전기에너지는 배터리(105)에 저장된다.

상기 전기 자동차는 차량 속도를 검출하는 차속 검출기(116)를 더 구성한다.

상기 HEV-ECU(115)는 차속 검출기(116)에서 검출된 차량 속도를 BCU(114) 및 MCU(103)의 제어를 위한 데이터로 활용한다.

또한, 상기 전기 자동차는 상기 배터리(105)의 전압을 검출하는 배터리 전압 검출부(117)를 포함한다. 상기 배터리 전압 검출부(117)는 배터리(105)의 현재 전압을 검출하고, 검출된 현재전압과 미리 설정된 기준 전압의 편차에 따라 상기 HEV-ECU(115)가 전기자동차의 최대속도를 제한할 수 있도록 결과 데이터를 제공한 다.

한편, 전기 자동차는 배터리를 이용해 모터를 구동하는 것으로, 배터리의 수명은 전기 자동차에서 중요한 부분이다. 배터리는 시간이 지나면 배터리 셀(Cell)의 전압이 조금씩 달라지게 된다. 이러한 불균형은 배터리의 수명을 줄게 하는 중요한 요소 중 하나이다. 이러한 셀들간의 불균형을 막아 배터리의 수명을 연장시키기 위해 대부분의 전기 자동차는 지속적으로 셀 밸런싱(Cell Balancing)을 수행하여야 한다. 상기 셀 밸런싱은 높은 전압을 갖고 있는 배터리 셀(Battery Cell)에 작은 부하를 연결하여 전류를 방전시킴으로써 다른 셀과 전압을 같게 하는 방법이다. 그러나, 셀 밸런싱으로 인해 충전된 에너지(Energy)가 방전됨으로 인해 에너지 손실(Energy Loss)이 발생한다. 본 발명에서는 셀 밸런싱(Cell Balancing)에 의해 발생하는 에너지를 재활용하여 에너지의 손실을 줄이고자 한다. 여기서, 상기 셀 밸런싱을 정교하게 수행하기 위해 일반적인 BMS(Battery Management System: 전기 자동차의 Battery 관리를 위해 필요한 기본 모듈)의 제어 알고리즘을 이용할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 셀 밸런싱 과정에서 버려지는 에너지를 재활용함으로써 전체적인 배터리 에너지 효율을 높여 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리를 늘릴 수 있다.

이하에서는, 셀 밸런싱 과정에서 버려지는 에너지를 재활용함으로써 전체적인 배터리 에너지 효율을 높여 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리를 늘릴 수 있는 배터리 제어 장치는 도3을 참조하여 설명한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 제어 장치(300)는, 배터리(배터리 팩)(310)의 각 셀(Cell)의 전압을 검출하는 전압 검출부(320)와; 상기 배터리(310)의 각 셀의 전류를 검출하는 전류 검출부(330)와; 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)을 선택하는 제어부(340)와; 상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 상기 전기 자동차의 모터에 제공하는 스위칭부(350)로 구성된다. 여기서, 상기 전류 검출부(330)는 필수 구성 요소는 아니며, 필요에 따라 적용될 수 있다.

상기 제어부(340)는 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 낮은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 나머지 셀들을 선택하고, 그 선택된 나머지 셀들의 전원을 차단하기 위한 제어 신호를 상기 스위칭부(350)에 출력한다. 예를 들면, 배터리의 셀이 5개이고, 이 중에서 4개의 셀들의 전압이 높고, 나머지 하나의 셀의 전압이 낮고, 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수가 4개라고 가정할 때, 상기 제어부(340)는 상기 스위칭부(350)를 통해 높은 전압을 갖는 4개의 셀들의 전원을 상기 모터에 제공하고, 낮은 전압을 갖는 셀의 전원을 차단한다. 따라서, 직렬로 연결되어 있는 셀들을 현재의 운행 모드에 맞게 배터리의 셀 체인(Cell Chain)을 구성하고, 셀 체인에 구성된 셀들 중에서 낮은 전압을 갖는 셀들을 순서대로 셀 체인에서 제외하거나, 셀들 중에서 높은 전압을 갖는 셀들을 순서대로 셀 체인에 구성함으로 써, 배터리의 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작 없이 배터리를 효율적으로 관리할 수 있다. 그러므로, 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작 없이도 배터리의 전원을 일정하게 관리할 수 있음과 동시에 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작에서 방전되는 에너지를 버리지 않고, 모터에 제공함으로써 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리(cruising radius)를 늘릴 수 있다.

먼저,상기 전압 검출부(320)는 상기 배터리(310)의 각 셀(Cell)의 전압을 검출하고, 그 검출된 전압값을 상기 제어부(340)에 출력한다.

상기 제어부(340)는 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들을 근거로 전압이 높은 순서대로 상기 미리 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)을 선택한다. 반면, 상기 제어부(340)는 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 낮은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 나머지 셀들을 선택하고, 그 선택된 나머지 셀들의 전원을 상기 스위칭부(350)를 통해 차단한다. 여기서, 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수는 설계자에 의해 미리 결정되고, 전기 자동차의 모터 용량에 따라 요구되는 셀의 수는 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(340)는 전기 자동차의 속도 모드가 저속 모드일 때 10개의 셀을 선택하고, 고속 모드일 때 20개의 셀을 선택할 수도 있다.

상기 스위칭부(350)는 상기 제어부(340)의 제어 하에 상기 선택된 셀의 전원을 상기 모터(360)에 제공한다. 이때, 상기 스위칭부(350)는 상기 제어부(340)의 제어 신호에 따라 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배 터리 팩)(310)의 셀(들)을 선택하거나, 전압이 낮은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 나머지 셀들을 선택한다. 즉, 상기 스위칭부(350)는 상기 결정된 셀의 수만큼 전압이 높은 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)만을 상기 모터(360)에 전기적으로 연결시키거나, 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 전압이 낮은 나머지 셀(들)만을 상기 모터(360)로부터 분리한다. 여기서, 상기 스위칭부(350)는 릴레이(Relay)가 사용될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 제어 방법을 도3 및 도4를 참조하여 설명한다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 제어 방법을 나타낸 흐름도 이다.

먼저, 상기 전압 검출부(320)는 상기 배터리(310)의 각 셀(Cell)의 전압을 검출하고, 그 검출된 전압값들을 상기 제어부(340)에 출력한다(S11).

상기 제어부(340)는 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고(S12), 상기 검출된 전압 값들을 근거로 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)을 선택한다(S13). 반면, 상기 제어부(340)는 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 낮은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 나머지 셀들을 선택하고, 그 선택된 나머지 셀들의 전원을 상기 스위칭부(350)를 통해 차단한다. 여기서, 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수는 설계자에 의해 미리 결정되고, 전기 자동차의 모터 용량에 따라 요구되는 셀의 수는 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(340)는 전기 자동차의 속 도 모드가 저속 모드일 때 10개의 셀을 선택하고, 고속 모드일 때 20개의 셀을 선택할 수도 있다.

상기 스위칭부(350)는 상기 제어부(340)의 제어 하에 상기 선택된 셀의 전원을 상기 모터(360)에 제공한다(S14). 이때, 상기 스위칭부(350)는 상기 제어부(340)의 제어 신호에 따라 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)을 상기 모터(360)에 전기적으로 연결함으로써 상기 선택된 셀의 전원을 상기 모터(360)에 제공한다.

반면, 상기 스위칭부(350)는 선택되지 않은 셀(들)을 상기 모터(360)로부터 분리함으로써 상기 선택되지 않은 셀(들)의 전원을 차단한다(S15). 여기서, 상기 스위칭부(350)는 릴레이(Relay)가 사용될 수도 있다.

도5는 본 발명의 실시예에 따라 선택된 셀의 전원(에너지)만을 모터에 제공하는 과정을 나타낸 도이다.

도5에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(340)는 배터리(310)의 셀 A 내지 셀D 중에서 셀 D의 전압이 셀A, 셀B, 셀C보다 낮을 때, 셀A, 셀B, 셀C의 전압이 셀D의 전압과 동일하게 될 때까지 셀A, 셀B, 셀C의 전원을 상기 모터(360)에 제공한다. 예를 들면, 배터리의 셀이 4개이고, 이 중에서 3개의 셀들의 전압이 높고, 나머지 하나의 셀의 전압이 낮고, 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수가 3개라고 가정할 때, 상기 제어부(340)는 상기 스위칭부(350)를 통해 높은 전압을 갖는 3개의 셀들(셀A, 셀B, 셀C)의 전원을 상기 모터(360)에 제공하고, 낮은 전압을 갖는 셀(셀D)의 전원을 차단한다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 제어 방법을 도3 및 도6을 참조하여 설명한다.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 제어 방법을 나타낸 흐름도 이다.

먼저, 상기 전압 검출부(320)는 상기 배터리(310)의 각 셀(Cell)의 전압을 검출하고, 그 검출된 전압값들을 상기 제어부(340)에 출력한다(S21).

상기 제어부(340)는 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고(S22), 상기 검출된 전압 값들을 근거로 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)을 선택한다(S23). 반면, 상기 제어부(340)는 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 낮은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 나머지 셀들을 선택하고, 그 선택된 나머지 셀들의 전원을 상기 스위칭부(350)를 통해 차단한다. 여기서, 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수는 설계자에 의해 미리 결정되고, 전기 자동차의 모터 용량에 따라 요구되는 셀의 수는 변경될 수 있다.

상기 스위칭부(350)는 상기 제어부(340)의 제어 하에 상기 선택된 셀의 전원을 상기 모터(360)에 제공한다(S24). 이때, 상기 스위칭부(350)는 상기 제어부(340)의 제어 신호에 따라 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)을 상기 모터(360)에 전기적으로 연결함으로써 상기 선택된 셀의 전원을 상기 모터(360)에 제공한다.

반면, 상기 스위칭부(350)는 선택되지 않은 셀(들)을 상기 모터(360)로부터 분리함으로써 상기 선택되지 않은 셀(들)의 전원을 차단한다(S25).

이후, 상기 제어부(340)는 자동차가 주행 중일 때 상기 선택된 셀(높은 전압을 갖는 셀)의 전압이 상기 선택되지 않은 셀(낮은 전압 갖는 셀)들의 전압보다 낮아지면, 상기 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 과정을 다시 실시한다. 이때, 상기 제어부(340)는 자동차가 정차중일 때 상기 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 과정을 다시 실시할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제어부(340)는 자동차가 시동이 켜져있는 상태에서 정차 중일 때(차량 속도가 0일 때) 자동차가 정차중임을 알리는 정차 신호를 수신하고, 상기 정차 신호를 근거로 상기 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 과정을 다시 실시함으로써 배터리를 효율적으로 관리할 수 있다(S26).

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구체적인 블록도를 도7을 참조하여 설명한다. 이 분야의 통상의 기술을 가진자는 본 발명의 도3의 블록도를 통해 다양한 회로도를 구현할 수 있으며, 도7의 블록도는 도3을 근거로 다양하게 변경될 수 있다.

도7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구체적인 블록도를 나타낸 도이다.

도7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구체적인 배터리 제어 장치는 다수의 셀(301)로 구성된 배터리(310)와; 다수의 스위치(351)로 구성된 스위칭부(350)와; 제어부(340) 및 전압 검출부(320)로 구성된다.

먼저, 상기 전압 검출부(320)는 상기 배터리(310)의 각 셀(Cell)의 전압을 검출하고, 그 검출된 전압값들을 상기 제어부(340)에 출력한다. 여기서, 상기 배터리(310)는 적어도 하나 이상의 셀(301)로 구성되고, 이는 일정 전압으로 충전/방전 가능하게 구성된다. 여기서, 셀(301)은 다수의 직렬, 다수의 병렬, 또는 다수의 직렬과 병렬로 혼용되어 연결될 수 있다.

상기 제어부(340)는 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들을 근거로 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀(들)을 선택한다. 여기서, 전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수는 설계자에 의해 미리 결정되고, 전기 자동차의 모터 용량에 따라 요구되는 셀의 수는 변경될 수 있다.

상기 스위칭부(350)는 다수의 스위치(351)로 구성되고, 각 스위치(351)는 각 셀(301)과 직렬로 연결된다. 즉, 상기 스위치(351)는 상기 제어부(340)의 제어하에 상기 셀(301)의 전원을 상기 모터(360)에 선택적으로 제공한다. 예를 들면, 상기 스위칭부(350)는 상기 제어부(340)의 제어 신호에 따라 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼(예를 들면, 4개) 상기 배터리(배터리 팩)(310)의 셀들을 4개 상기 모터(360)에 전기적으로 연결함으로써 상기 4개의 셀의 전원을 상기 모터(360)에 제공한다.

반면, 상기 스위칭부(350)는 선택되지 않은 나머지 셀(들)을 상기 모터(360)로부터 분리함으로써 상기 선택되지 않은 셀(들)의 전원을 차단한다. 여기서, 상기 스위칭부(350)는 선택되지 않은 나머지 셀(들)을 상기 모터(360)가 아닌 상기 선택된 셀(직렬로 서로 연결된 셀)로부터 전기적으로 분리함으로써 상기 선택되지 않은 셀(들)의 전원을 차단할 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 제어 장치는, 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작 없이도 배터리의 전원을 일정하게 관리할 수 있음과 동시에 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작에서 방전되는 에너지를 버리지 않고, 모터에 제공함으로써 전기 자동차의 중요한 이슈인 항속거리(cruising radius)를 늘릴 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 전기 자동차의 배터리를 나타낸 도이다.

도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 하이브리드 전기 자동차의 구성을 나타낸 도이다.

*도면의 주요부에 대한 부호의 설명

310: 배터리 320: 전압 검출부

330: 전류 검출부 340: 제어부

350: 스위칭부 370: 모터

Claims

배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 전압 검출부와;

모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 제어부와;

상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 모터에 제공하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 모터는 전기 자동차의 모터인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 전기 자동차가 정차중일 때 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는,

다수의 스위치로 구성되고, 각 스위치는 상기 각 셀과 직렬로 연결되고, 상기 선택된 셀의 전원을 상기 모터에 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 스위칭부는,

상기 제어부의 제어 하에, 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 낮은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 나머지 셀들을 상기 모터 또는 상기 선택된 셀로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는,

상기 선택된 셀을 전기적으로 상기 모터에 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는,

선택되지 않은 셀을 상기 모터 또는 상기 선택된 셀로부터 전기적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
전기 자동차의 배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 전압 검출부와;

전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하고, 상기 전기 자동차가 정차중일 때 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 제어부와;

상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 상기 전기 자동차의 모터에 제공하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 단계와;

모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하는 단계와;

상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계와;

상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 모터에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계는,

상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 모터는 전기 자동차의 모터인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제12항에 있어서, 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계는,

상기 전기 자동차가 정차중일 때 상기 검출된 전압 값들을 근거로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 전원을 모터에 제공하는 단계는,

상기 선택된 셀의 전원을 상기 모터에 선택적으로 제공하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계는,

상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 낮은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼을 제외한 나머지 셀들을 상기 모터 또는 상기 선택된 셀로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 전원을 모터에 제공하는 단계는,

상기 선택된 셀을 전기적으로 상기 모터에 연결하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제10항에 있어서, 상기 전원을 모터에 제공하는 단계는,

선택되지 않은 셀을 상기 모터 또는 상기 선택된 셀로부터 전기적으로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
전기 자동차의 배터리의 각 셀의 전압을 검출하는 단계와;

전기 자동차의 모터 구동에 요구되는 셀의 수를 미리 결정하는 단계와;

상기 전기 자동차가 정차중일 때 상기 검출된 전압 값들 중에서 전압이 높은 순서대로 상기 결정된 셀의 수만큼 상기 배터리의 셀을 선택하는 단계와;

상기 선택된 셀로부터 공급되는 전원을 상기 전기 자동차의 모터에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.