KR20150050216A - 배터리 시스템 관리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템의 밸런싱을 효율적으로 수행할 수 있는 배터리 시스템 관리 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 배터리 시스템 관리 장치는, 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템을 관리하는 장치로서, 상기 배터리 셀 양단의 전압을 측정하는 셀전압 측정부; 상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 셀 밸런싱부; 상기 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱하는 모듈 밸런싱부; 및 상기 셀전압 측정부에서 측정된 전압을 이용하여 셀 밸런싱전압 및 모듈 밸런싱전압을 산정하고, 산정된 셀 밸런싱전압 및 모듈 밸런싱전압에 따라 상기 셀 밸런싱부 및 상기 모듈 밸런싱부를 작동시켜 상기 배터리 시스템을 밸런싱하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 시스템 관리 장치{Apparatus for managing battery system}

본 발명은 배터리 시스템의 관리 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템을 효율적으로 밸런싱하기 위한 배터리 시스템 관리 장치에 관한 것이다.

근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.

특히, 최근에는 이차 전지를 이용한 배터리 시스템이 하이브리드 자동차, 전기 자동차 또는 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply: UPS) 등 대형 장비에 이용되는 경우가 많아지고 있다. 이와 같이, 대형 장비에 적용되는 배터리 시스템은 고출력 및 고용량을 필요로 하기 때문에, 다수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 상태로 사용된다. 보다 구체적으로, 하나의 배터리 모듈 내에서 다수의 배터리 셀이 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결되고, 이러한 배터리 모듈이 다시 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 하나의 배터리 시스템이 구성될 수 있다.

그런데, 이와 같이 배터리 시스템을 구성하는 복수의 배터리 셀은 본질적인 특성 또는 제조 환경의 차이 등에 기인하여 배터리 셀들 간의 용량(capacity) 성능의 차이가 발생하게 되고, 이러한 차이는 충방전에 의한 해당 셀 단자 전압의 차이 또는 SOC(State Of Charge)차이를 발생시키게 된다. 또한 이러한 차이는, 배터리 시스템이 구동될 경우 성능이 저하된 특정 배터리 셀에 의하여 배터리 시스템 전체의 충전 또는 방전 능력이 제한되게 되는 문제점을 발생시킬 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 높은 전기적 특성값(SOC 또는 전압 등)을 갖는 배터리 셀이 보유한 충전량을 소모시켜 배터리 셀들의 전기적 특성값을 균등하게 하거나, 전기적 특성값이 낮은 배터리 셀을 대상으로 개별적인 추가 충전 작업을 수행하는 등의 다양한 밸런싱 방법이 사용되고 있다.

그러나, 밸런싱 방법에 관한 연구는, 단위 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 방법을 중심으로 이루어져 왔고, 상술한 바와 같은 복수의 셀이 구비된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템을 밸런싱하는 방법에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 특히, 배터리 시스템에 적용되는 배터리 셀의 개수가 늘어날수록 밸런싱 방법은 복잡해지고 밸런싱이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템의 밸런싱을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 배터리 시스템 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 시스템 관리 장치는, 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템을 관리하는 장치로서, 상기 배터리 셀 양단의 전압을 측정하는 셀전압 측정부; 상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 셀 밸런싱부; 상기 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱하는 모듈 밸런싱부; 및 상기 셀전압 측정부에서 측정된 전압을 이용하여 셀 밸런싱전압 및 모듈 밸런싱전압을 산정하고, 산정된 셀 밸런싱전압 및 모듈 밸런싱전압에 따라 상기 셀 밸런싱부 및 상기 모듈 밸런싱부를 작동시켜 상기 배터리 시스템을 밸런싱하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배터리 모듈 양단의 전압을 측정하는 모듈전압 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 모듈전압 측정부에서 측정된 전압을 이용하여 모듈 밸런싱 전압을 산정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 산정된 모듈 밸런싱전압에 따라 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱한 후, 상기 산정된 셀 밸런싱전압에 따라 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱전압은, 상기 각 배터리 모듈 양단 전압값 중 최소값이고, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 각 배터리 모듈 양단의 전압값이 상기 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 방전시키는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 내림차순으로 방전시키는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱전압은, 상기 각 배터리 모듈 양단 전압값 중 최대값이고, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 각 배터리 모듈 양단의 전압값이 상기 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 충전시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 충전시키는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 오름차순으로 충전시키는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱전압은, 상기 각 배터리 모듈 양단 전압값의 평균값이고, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 각 배터리 모듈 양단의 전압값이 상기 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 내림차순으로 방전시키거나, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 오름차순으로 충전시키는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 셀 밸런싱부는, 상기 하나의 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 상호간에 전기에너지가 교환되도록 상기 복수의 배터리 셀을 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 셀전압 측정부에서 측정한 배터리 셀의 전압값 중 어느 하나와 상기 셀전압 측정부에서 측정한 배터리 셀의 전압값 중 다른 하나의 차이가 셀기준전압 이상인 경우 상기 셀 밸런싱부를 작동시켜 상기 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 모듈전압 측정부에서 측정한 배터리 모듈의 전압값 중 어느 하나와 상기 모듈전압 측정부에서 측정한 배터리 모듈의 전압값 중 다른 하나의 차이가 모듈기준전압 이상인 경우 상기 모듈 밸런싱부를 작동시켜 상기 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 밸런싱 과정에서 충전 또는 방전을 수행하기 위해 전기에너지를 저장하는 보조 전지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 시스템은 상술한 배터리 시스템 관리 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템의 밸런싱을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 밸런싱 과정에서 반복적인 충전 또는 방전이 수행되는 것이 방지되어, 전기 에너지의 낭비를 줄일 수 있다.

이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치가 배터리 시스템 내에서 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 2에서 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱되기 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 3에서 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 3에서 본 발명의 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치가 배터리 시스템 내에서 연결된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 시스템 관리 장치는, 셀전압 측정부(100), 제어부(300), 모듈 밸런싱부(400) 및 셀 밸런싱부(500)를 포함한다. 이러한 배터리 시스템 관리 장치는, 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템에 적용될 수 있다. 도 2에서는 3개의 배터리 모듈이 구비되고, 각 배터리 모듈당 3개의 배터리 셀이 구비되어 총 9개의 배터리 셀이 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명은 이와 같은 배터리 모듈 및 배터리 셀의 개수에 제한되지 않는다. 또한, 배터리 모듈은 서로 병렬로 연결되어 있고, 배터리 셀은 서로 직렬로 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이 또한 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명은 이와 같은 연결에 제한되지 않는다. 즉, 배터리 모듈 간에 직렬 연결도 가능하고, 직/병렬 연결이 혼합되어 있을 수도 있으며, 배터리 셀 간의 연결도 마찬가지이다.

상기 셀전압 측정부(100)는, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 양단의 전압을 측정한다. 이러한 셀전압 측정부(100)에서 측정된 셀 양단의 전압은 셀 밸런싱전압을 산정하는데 이용될 수 있다. 또한, 셀전압 측정부(100)에서 측정된 배터리 셀 양단의 전압은 모듈 밸런싱전압을 산정하는데에도 이용될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 시스템 관리 장치는, 모듈전압 측정부(200)를 더 포함할 수 있다. 상기 모듈전압 측정부(200)는, 배터리 시스템에 포함된 배터리 모듈 양단의 전압을 측정한다. 이 경우, 모듈전압 측정부(200)에서 측정된 배터리 모듈 양단의 전압은 모듈 밸런싱전압을 산정하는데 이용될 수 있다.

한편, 배터리 셀 양단의 전압을 측정하는 방법 또는 배터리 모듈 양단의 전압을 측정하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 제어부(300)는, 셀전압 측정부(100)에서 측정된 전압을 이용하여 모듈 밸런싱전압을 산정할 수 있다. 즉, 상기 제어부(300)는 모듈 밸런싱전압을 산정하기 위해 배터리 셀 양단의 전압을 이용할 수 있다. 일 예로, 하나의 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 양단의 전압을 측정하고 측정된 배터리 셀 양단 전압을 모두 합산하여 배터리 모듈 양단의 전압을 산정할 수 있다. 배터리 모듈 양단의 전압을 산정하기 위해, 배터리 모듈 내부의 도선 등에 존재하는 저항성분에 의한 전압강하 부분은, 별도의 측정장치로 측정될 수 있으며, 오차 범위 내에 있는 경우에는 생략될 수 있다. 다만, 이는 일 예로 이러한 방법 외의 다양한 방법에 의해 배터리 모듈 양단의 전압이 산정될 수 있다. 상술한 모듈전압 측정부(200)가 더 구비되는 경우, 제어부(300)는 모듈전압 측정부(200)에서 측정된 배터리 모듈 양단의 전압을 이용하여 모듈 밸런싱전압을 산정할 수도 있다.

각각의 배터리 모듈 양단의 전압이 산정되면, 이를 이용하여 모듈 밸런싱전압이 산정될 수 있다. 예를 들어, 모듈 밸런싱전압은, 각 배터리 모듈 양단 전압값 중 최소값으로 산정될 수 있고, 각 배터리 모듈 양단 전압값 중 최대값으로 산정될 수 있으며, 각 배터리 모듈 양단 전압값의 평균값으로 산정될 수도 있다. 다만, 이는 일 예로서, 본 발명에는 상술한 모듈 밸런싱전압 산정 방법 이외에도 다양한 방법이 채용될 수 있다.

상기 제어부(300)는, 셀전압 측정부(100)에서 측정된 전압을 이용하여 셀 밸런싱전압을 산정할 수 있다. 셀 밸런싱전압은, 하나의 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 전압값 중 최소값으로 산정될 수 있고, 하나의 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 전압값 중 최대값으로 산정될 수 있으며, 각 배터리 셀 전압값의 평균값으로 산정될 수도 있으며, 이외의 다양한 방법에 의해 산정될 수 있음은 모듈 밸런싱전압의 산정 방법과 유사하다.

상기 제어부(300)는, 산정된 모듈 밸런싱전압과 셀 밸런싱전압에 따라 모듈 밸런싱부(400)와 셀 밸런싱부(500)를 작동시켜 배터리 시스템을 밸런싱한다.

상기 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱한다. 본 발명에 따른 모듈 밸런싱부(400)는, 밸런싱하고자 하는 기준전압 즉, 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 배터리 모듈 양단의 전압을 조절한다. 여기서, 배터리 모듈 양단의 전압은, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 양단의 전압이 조절됨으로써 조절될 수 있다.

모듈 밸런싱부(400)에는, 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 장치가 구비될 수 있다. 즉, 모듈 밸런싱부(400)에는, 배터리 셀을 방전시키기 위한 저항성분이 포함된 회로가 구비될 수 있고, 배터리 셀을 충전시키기 위한 충전용 전지 등이 구비될 수 있다.

이 경우, 바람직하게는, 고전압의 배터리 셀이 보유한 전기에너지를 전달받아 충전되고, 충전된 전기에너지를 저전압의 배터리 셀에 전달하여 방전되는 충방전이 가능한 보조 전지가 구비될 수도 있다.

다만, 이와 달리 모듈 밸런싱부(400)는, 별도의 밸런싱 장치를 구비하지 않고 셀 밸런싱부(500)에 구비된 밸런싱 장치를 이용하여 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱할 수도 있다. 이 경우, 셀 밸런싱부(500)에는 저항성분이 포함된 회로가 구비되거나, 충전용 전지 등이 구비되거나, 충방전이 가능한 전기에너지 저장용 보조 전지가 구비될 수 있다.

이하에서는, 제어부(300)에 의해 모듈 밸런싱부(400)가 제어되는 실시예에 대해 도 3 내지 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

제어부(300)는, 배터리 시스템에 포함된 배터리 모듈의 양단 전압값 중 최소값을 모듈 밸런싱전압으로 정하여 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱할 수 있다. 이때, 모듈 밸런싱부(400)는, 모듈 밸런싱전압보다 높은 전압값을 갖는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀을 방전시켜 각각의 배터리 모듈 양단의 전압값이 모듈 밸런싱전압에 도달하도록 한다.

도 3은, 도 2에서 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱되기 전의 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는, 도 3에서 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압은 12.9V(4.2V + 4.3V + 4.4V = 12.9V)이고, 제2배터리 모듈(2)의 양단 전압은 13.5V(4.1V + 4.5V + 4.9V = 13.5V)이며, 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압은 14.1V(4.6V + 4.7V + 4.8V = 14.1V)이다.

이때, 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 배터리 모듈1~3 양단 전압값 중 최소값이므로, 제어부(300)는 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압인 12.9V를 모듈 밸런싱전압으로 정할 수 있다. 이 경우, 모듈 밸런싱부(400)는, 제1배터리 모듈(1)을 제외한 나머지 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀을 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 방전시킬 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2배터리 모듈(2)은 제2배터리 모듈(2)의 양단 전압이 0.6V(13.5V - 12.9V = 0.6V) 감소하도록 방전되고, 제3배터리 모듈(3)은 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 1.2V(14.1V - 12.9V = 1.2V) 감소하도록 방전될 수 있다.

바람직하게는, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 방전시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2배터리 모듈(2)은 제2배터리 모듈(2)의 양단 전압이 0.6V 감소하도록 방전되고, 제3배터리 모듈(3)은 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 1.2V 감소하도록 방전되려면 각 배터리 모듈 내의 배터리 셀 양단 전압 감소량의 총합이 각각 0.6V, 1.2V이어야 한다. 이때, 모듈 밸런싱부(400)는, 제2배터리 모듈(2)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압이 0.2V(0.6V / 3 = 0.2V) 감소하도록 균일하게 방전시키고, 제3배터리 모듈(3)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압이 0.4V(1.2V / 3 = 0.4V) 감소하도록 균일하게 방전시킬 수 있다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2배터리 모듈(2)의 배터리 셀은 각각 3.9V, 4.3V, 4.7V의 양단 전압을 가지게 되고, 제3배터리 모듈(3)의 배터리 셀은 각각 4.2V, 4.3V, 4.4V의 양단 전압을 가지게 된다. 이러한 실시예에 의하면, 모듈 밸런싱을 수행하기 위해 배터리 셀을 방전함에 있어서, 복잡한 알고리즘이 수행되지 않아도 되므로 배터리 시스템 관리 장치의 설계가 용이한 장점이 있다.

또한 바람직하게는, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 내림차순의 순서로 순차적으로 방전시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀은 모듈 밸런싱전압을 배터리 모듈 내에 직렬연결된 배터리 셀의 개수로 나눈 값에 도달할 때까지 방전되고 더 이상 방전되지 않도록 하는 것이 좋다. 이에 대해서는 도 3 및 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

도 3을 참조하면, 모듈 밸런싱전압은 배터리 모듈1~3 양단 전압값 중 최소값인 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압(12.9V)이고, 배터리 모듈 내에 직렬연결된 배터리 셀의 개수는 3개이므로 배터리 셀은 4.3V(12.9V / 3 = 4.3V)에 도달하면 더 이상 방전되지 않도록 한다. 이러한 조건에서, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 순차적으로 방전시킬 수 있다.

도 5는, 도 3에서 본 발명의 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 제2배터리 모듈(2)에서는 제2배터리 모듈(2)에 포함된 배터리 셀 중 최대값을 갖는 배터리 셀2-3(23)이 먼저 방전된다. 배터리 셀2-3(23)은 4.3V에 도달할 때까지 방전될 수 있는데, 4.3V에 도달하면, 제2배터리 모듈(2)의 양단 전압이 12.9V(4.1V + 4.5V + 4.3V = 12.9V)로 모듈 밸런싱전압에 도달하게 되므로 배터리 셀2-2(22)는 방전이 진행되지 않는다. 따라서, 제2배터리 모듈(2)의 배터리 셀은 도 5에 도시된 바와 같이, 각각 4.1V, 4.5V, 4.3V의 양단 전압을 가진 상태가 된다.

제3배터리 모듈(3)에서는 제3배터리 모듈(3)에 포함된 배터리 셀 중 최대값을 갖는 배터리 셀3-3(33)이 먼저 방전된다. 배터리 셀 3-3은 4.3V에 도달할 때까지 방전될 수 있는데, 4.3V에 도달하여도, 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 13.6V(4.6V + 4.7V + 4.3V = 13.6V)로 모듈 밸런싱전압(12.9V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀3-2(32)의 방전이 진행된다.

배터리 셀3-2(32)도 4.3V에 도달할 때까지 방전될 수 있는데, 4.3V에 도달하여도, 여전히 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 13.2V(4.6V + 4.3V + 4.3V = 13.2V)로 모듈 밸런싱전압(12.9V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀3-1(31)의 방전이 진행된다.

배터리 셀3-1(31) 또한 4.3V에 도달할 때까지 방전될 수 있다. 배터리 셀3-1(31)이 방전되어 4.3V에 도달하면, 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압은 12.9V(4.3V + 4.3V + 4.3V = 12.9V)로 모듈 밸런싱전압(12.9V)에 도달하게 되고 더 이상 방전이 진행되지 않는다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3배터리 모듈(3)의 배터리 셀은 각각 4.3V, 4.3V, 4.3V의 양단 전압을 가진 상태가 된다.

이러한 실시예에 의하면, 모듈 밸런싱을 수행하는 과정에서 셀 밸런싱도 어느 정도 함께 수행되므로 반복적인 셀 밸런싱으로 인한 시간 낭비 및 전력 낭비가 줄어들 수 있다. 특히, 상기의 실시예에서 제3배터리 모듈(3)은 모듈 밸런싱 과정에서 셀 밸런싱이 함께 수행되어 더 이상 별도의 셀 밸런싱이 필요하지 않음을 알 수 있다.

한편, 이와 달리, 제어부(300)는, 배터리 시스템에 포함된 배터리 모듈의 양단 전압값 중 최대값을 모듈 밸런싱전압으로 정할 수 있다. 이때, 모듈 밸런싱부(400)는, 모듈 밸런싱전압보다 낮은 전압값을 갖는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀을 충전시켜 각각의 배터리 모듈 양단의 전압값이 모듈 밸런싱전압에 도달하도록 할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 배터리 모듈1~3 양단 전압값 중 최대값이므로, 제어부(300)는 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압인 14.1V를 모듈 밸런싱전압으로 정할 수 있다. 이 경우, 모듈 밸런싱부(400)는, 제3배터리 모듈(3)을 제외한 나머지 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀을 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 충전시킬 수 있다. 즉, 모듈 밸런싱전압에 도달하도록 제1배터리 모듈(1)은 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 1.2V(14.1V - 12.9V = 1.2V) 증가하도록 충전되고, 제2배터리 모듈(2)은 제2배터리 모듈(2)의 양단 전압이 0.6V(14.1V - 13.5V = 0.6V) 증가하도록 충전된다.

바람직하게는, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 충전시킬 수 있다.

도 6은, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1배터리 모듈(1)은 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 1.2V 증가하도록 충전되고, 제2배터리 모듈(2)은 제2배터리 모듈(2)의 양단 전압이 0.6V 증가하도록 충전되려면 각 배터리 모듈 내의 배터리 셀 양단 전압 증가량의 총합이 각각 1.2V, 0.6V이어야 한다. 이때, 모듈 밸런싱부(400)는, 제1배터리 모듈(1)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압이 0.4V(1.2V / 3 = 0.4V) 증가하도록 균일하게 충전시키고, 제2배터리 모듈(2)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압이 0.2V(0.6V / 3 = 0.2V)증가하도록 균일하게 충전시킬 수 있다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 제1배터리 모듈(1)의 배터리 셀은 각각 4.6V, 4.7V, 4.8V의 양단 전압을 가지게 되고, 제2배터리 모듈(2)의 배터리 셀은 각각 4.3V, 4.7V, 5.1V의 양단 전압을 가지게 된다. 이러한 실시예에 의하면, 모듈 밸런싱을 수행하기 위해 배터리 셀을 충전함에 있어서, 복잡한 알고리즘이 수행되지 않아도 되므로 배터리 시스템 관리 장치의 설계가 용이한 장점이 있다는 점은 상술한 바와 같다.

또한 바람직하게는, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 오름차순의 순서로 순차적으로 충전시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀은 모듈 밸런싱전압을 배터리 모듈 내에 직렬연결된 배터리 셀의 개수로 나눈 값에 도달할 때까지 충전되고 더 이상 충전되지 않도록 하는 것이 좋다.

도 7은, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기의 실시예에서, 모듈 밸런싱전압은 배터리 모듈1~3 양단 전압값 중 최대값인 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압(14.1V)이고, 배터리 모듈 내에 직렬연결된 배터리 셀의 개수는 3개이므로 배터리 셀은 4.7V(14.1V / 3 = 4.7V)에 도달하면 더 이상 충전되지 않도록 한다. 이러한 조건에서, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 순차적으로 충전시킬 수 있다.

제1배터리 모듈(1)에서는 제1배터리 모듈(1)에 포함된 배터리 셀 중 최소값을 갖는 배터리 셀1-1(11)이 먼저 충전된다. 배터리 셀1-1(11)은 4.7V에 도달할 때까지 충전될 수 있는데, 4.7V에 도달하여도, 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 13.4V(4.7V + 4.3V + 4.4V = 13.4V)로 모듈 밸런싱전압(14.1V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀1-2(12)의 충전이 진행된다.

배터리 셀1-2(12)도 4.7V에 도달할 때까지 충전될 수 있는데, 4.7V에 도달하여도, 여전히 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 13.8V(4.7V + 4.7V + 4.4V = 13.8V)로 모듈 밸런싱전압(14.1V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀1-3(13)의 충전이 진행된다.

배터리 셀1-3(13) 또한 4.7V에 도달할 때까지 충전될 수 있다. 배터리 셀1-3(13)이 충전되어 4.7V에 도달하면, 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압은 14.1V(4.7V + 4.7V + 4.7V = 14.1V)로 모듈 밸런싱전압(14.1V)에 도달하게 되고 더 이상 충전이 진행되지 않는다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1배터리 모듈(1)의 배터리 셀은 각각 4.7V, 4.7V, 4.7V의 양단 전압을 가진 상태가 된다.

제2배터리 모듈(2)에서는 제2배터리 모듈(2)에 포함된 배터리 셀 중 최소값을 갖는 배터리 셀2-1(21)이 먼저 충전된다. 배터리 셀2-1(21)은 4.7V에 도달할 때까지 충전될 수 있는데, 4.7V에 도달하면, 제2배터리 모듈(2)의 양단 전압이 14.1V(4.7V + 4.5V + 4.9V = 14.1V)로 모듈 밸런싱전압에 도달하게 되므로 배터리 셀2-2(22)는 충전이 진행되지 않는다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2배터리 모듈(2)의 배터리 셀은 각각 4.7V, 4.5V, 4.9V의 양단 전압을 가진 상태가 된다.

이러한 실시예에 의하면, 모듈 밸런싱을 수행하는 과정에서 셀 밸런싱도 어느 정도 함께 수행되므로 반복적인 셀 밸런싱으로 인한 시간 낭비 및 전력 낭비가 줄어들 수 있다는 것은 상술한 바와 같다. 특히, 상기의 실시예에서 제1배터리 모듈(1)은 모듈 밸런싱 과정에서 셀 밸런싱이 함께 수행되어 더 이상 별도의 셀 밸런싱이 필요하지 않음을 알 수 있다.

다른 한편, 제어부(300)는, 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 모듈의 양단 전압값의 평균값을 모듈 밸런싱전압으로 정할 수도 있다. 이때, 모듈 밸런싱부(400)는, 모듈 밸런싱전압보다 높은 전압값을 갖는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀을 방전시키고, 모듈 밸런싱전압보다 낮은 전압값을 갖는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀을 충전시켜 각각의 배터리 모듈 양단의 전압값이 모듈 밸런싱전압에 도달하도록 한다.

다시 도 3을 참조하면, 여기서, 배터리 모듈의 양단 전압값의 평균값은 13.5V((12.9V + 13.5V + 14.1V) / 3 = 13.5V)이다. 따라서, 제어부(300)는 13.5V를 모듈 밸런싱전압으로 정할 수 있다. 이 경우, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 모듈의 양단 전압이 모듈 밸런싱전압과 동일한 값을 갖는 제2배터리 모듈(2)를 제외한 나머지 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀을 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 충전 또는 방전시킬 수 있다.

즉, 배터리 모듈의 양단 전압이 모듈 밸런싱전압 보다 작은 경우에는 배터리 모듈의 양단 전압이 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀이 방전되고, 배터리 모듈의 양단 전압이 모듈 밸런싱전압 보다 큰 경우에는 배터리 모듈의 양단 전압이 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀이 충전될 수 있다.

도 8은, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 상기 실시예에서, 모듈 밸런싱전압에 도달하도록 제1배터리 모듈(1)은 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 0.6V(13.5V - 12.9V = 0.6V) 증가하도록 충전되고, 제3배터리 모듈(3)은 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 0.6V(14.1V - 13.5V = 0.6V) 감소하도록 방전된다.

바람직하게는, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 충전시키거나, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀을 균일한 값을 방전시킬 수 있다.

도 8의 실시예에서, 제1배터리 모듈(1)은 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 0.6V 증가하도록 충전되고, 제3배터리 모듈(3)은 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 0.6V 감소하도록 방전되려면 제1배터리 모듈(1) 내의 배터리 셀 양단 전압 증가량의 총합은 0.6V이어야 하고, 제3배터리 모듈(3) 내의 배터리 셀 양단 전압 감소량의 총합은 0.6V이어야 한다. 이때, 모듈 밸런싱부(400)는, 제1배터리 모듈(1)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압이 0.2V(0.6V / 3 = 0.2V) 증가하도록 균일하게 충전시키고, 제3배터리 모듈(3)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압이 0.2(0.6V / 3 = 0.2V)감소하도록 균일하게 방전시킬 수 있다.

따라서, 제1배터리 모듈(1)의 배터리 셀은 각각 4.4V, 4.5V, 4.6V의 양단 전압을 가지게 되고, 제3배터리 모듈(3)의 배터리 셀은 각각 4.4V, 4.5V, 4.6V의 양단 전압을 가지게 된다. 이러한 실시예에 의하면, 모듈 밸런싱을 수행하기 위해 배터리 셀을 방전함에 있어서, 복잡한 알고리즘이 수행되지 않아도 되므로 배터리 시스템 관리 장치의 설계가 용이한 장점이 있다.

또한 바람직하게는, 모듈 밸런싱부(400)는, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 내림차순의 순서로 순차적으로 방전시킬 수 있고, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 오름차순의 순서로 순차적으로 충전시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀은 모듈 밸런싱전압을 배터리 모듈 내에 직렬연결된 배터리 셀의 개수로 나눈 값에 도달할 때까지 방전 또는 충전되고 더 이상 방전 또는 충전되지 않도록 하는 것이 좋다.

즉, 상기의 실시예에서, 모듈 밸런싱전압은 배터리 모듈1~3 양단 전압값의 평균값인 13.5V 이고, 배터리 모듈 내에 직렬연결된 배터리 셀의 개수는 3개이므로 배터리 셀은 4.5V(13.5V / 3 = 4.5V)에 도달하면 더 이상 방전 또는 충전되지 않도록 한다. 이러한 조건에서, 모듈 밸런싱부(400)는, 방전이 요구되는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 순차적으로 방전시킬 수 있고, 충전이 요구되는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 순차적으로 충전시킬 수 있다.

도 9는, 도 3에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 모듈 간 전압이 밸런싱된 상태를 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 제1배터리 모듈(1)에서는 제1배터리 모듈(1)에 포함된 배터리 셀 중 최소값을 갖는 배터리 셀1-1(11)이 먼저 충전된다. 배터리 셀1-1(11)은 4.5V에 도달할 때까지 충전될 수 있는데, 4.5V에 도달하여도, 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 13.2V(4.5V + 4.3V + 4.4V = 13.2V)로 모듈 밸런싱전압(13.5V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀1-2(12)의 충전이 진행된다.

배터리 셀1-2(12)도 4.5V에 도달할 때까지 충전될 수 있는데, 4.5V에 도달하여도, 여전히 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압이 13.4V(4.5V + 4.5V + 4.4V = 13.4V)로 모듈 밸런싱전압(13.5V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀1-3(13)의 충전이 진행된다.

배터리 셀1-3(13) 또한 4.5V에 도달할 때까지 충전될 수 있다. 배터리 셀1-3(13)이 충전되어 4.5V에 도달하면, 제1배터리 모듈(1)의 양단 전압은 13.5V(4.5V + 4.5V + 4.5V = 13.5V)로 모듈 밸런싱전압(13.5V)에 도달하게 되고 더이상 방전이 진행되지 않는다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1배터리 모듈(1)의 배터리 셀은 각각 4.5V, 4.5V, 4.5V의 양단 전압을 가진 상태가 된다.

제3배터리 모듈(3)에서는 제3배터리 모듈(3)에 포함된 배터리 셀 중 최대값을 갖는 배터리 셀3-3(33)이 먼저 방전된다. 배터리 셀3-3(33)은 4.5V에 도달할 때까지 방전될 수 있는데, 4.5V에 도달하여도, 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 13.8V(4.6V + 4.7V + 4.5V = 13.8V)로 모듈 밸런싱전압(13.5V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀3-2(32)의 방전이 진행된다.

배터리 셀3-2(32)도 4.5V에 도달할 때까지 방전될 수 있는데, 4.5V에 도달하여도, 여전히 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압이 13.6V(4.6V + 4.5V + 4.5V = 13.6V)로 모듈 밸런싱전압(13.5V)에 도달하지 못하였으므로, 배터리 셀3-1(31)의 방전이 진행된다.

배터리 셀3-1(31) 또한 4.5V에 도달할 때까지 방전될 수 있다. 배터리 셀3-1(31)이 방전되어 4.5V에 도달하면, 제3배터리 모듈(3)의 양단 전압은 12.9V(4.3V + 4.3V + 4.3V = 12.9V)로 모듈 밸런싱전압(12.9V)에 도달하게 되고 더이상 방전이 진행되지 않는다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제3배터리 모듈(3)의 배터리 셀은 각각 4.5V, 4.5V, 4.5V의 양단 전압을 가진 상태가 된다.

이러한 실시예에 의하면, 모듈 밸런싱을 수행하는 과정에서 셀 밸런싱도 어느 정도 함께 수행되므로 반복적인 셀 밸런싱으로 인한 시간 낭비 및 전력 낭비가 줄어들 수 있다. 특히, 상기의 실시예에서 제1배터리 모듈(1) 및 제3배터리 모듈(3)은 모듈 밸런싱 과정에서 셀 밸런싱이 함께 수행되어 더 이상 별도의 셀 밸런싱이 필요하지 않음을 알 수 있다.

상기 셀 밸런싱부(500)는, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱한다. 본 발명에 따른 셀 밸런싱부(500)는, 밸런싱하고자 하는 기준전압 즉, 셀 밸런싱전압에 도달할 때까지 배터리 셀의 전압을 조절한다. 이를 위해, 셀 밸런싱부(500)는, 밸런싱 장치를 구비할 수 있다. 즉, 셀 밸런싱부(500)에는, 저항성분이 포함된 회로가 구비되거나, 충전용 전지 등이 구비되거나, 충방전이 가능한 전기에너지 저장용 보조 전지가 구비될 수 있다.

구체적으로, 셀 밸런싱부(500)는, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 양단 전압값 중 최소값을 셀 밸런싱전압으로 정하여 셀 밸런싱전압보다 높은 전압값을 갖는 배터리 셀을 방전시켜 배터리 셀 간 전압을 밸런싱할 수 있다.

이와 달리, 셀 밸런싱부(500)는, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 양단 전압값 중 최대값을 셀 밸런싱전압으로 정하여 셀 밸런싱전압보다 낮은 전압값을 갖는 배터리 셀을 충전시켜 배터리 셀 간 전압을 밸런싱 할 수도 있다.

배터리 셀을 방전시키거나 배터리 셀을 충전시키는 상기의 방법과 달리, 양자를 혼합한 방법도 가능하다. 즉, 셀 밸런싱부(500)는, 셀 밸런싱전압보다 낮은 전압값을 갖는 배터리 셀을 셀 밸런싱전압에 도달할 때까지 충전시키고, 셀 밸런싱전압보다 높은 전압값을 갖는 배터리 셀을 셀 밸런싱전압에 도달할 때까지 방전시켜 배터리 셀 간 전압을 밸런싱할 수도 있다.

바람직하게는, 상기 제어부(300)는, 모듈 밸런싱전압에 따라 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱한 후, 산정된 셀 밸런싱전압에 따라 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱한 후, 각 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 양단의 전압을 측정하여 셀 밸런싱전압을 산정하고, 이러한 셀 밸런싱전압을 이용하여 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱할 수 있다. 이에 대해서는 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 8을 참조하면, 배터리 모듈 양단의 전압은 13.5V로 배터리 모듈 간의 전압은 밸런싱이 완료된 상태이다. 따라서, 제어부(300)는, 각 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 양단의 전압을 측정하여 셀 밸런싱전압을 산정하게 된다. 제1배터리 모듈(1)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압은 각각 4.4V, 4.5V, 4.6V 이고, 제2배터리 모듈(2)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압은 각각 4.1V, 4.5V, 4.9V 이며, 제3배터리 모듈(3)에 포함된 배터리 셀의 양단 전압은 각각 4.4V, 4.5V, 4.6V이다.

배터리 모듈 간의 전압은 밸런싱이 완료된 상태이므로, 배터리 모듈의 양단의 전압이 유지된 상태에서 배터리 셀 간의 전압이 밸런싱되어야 한다. 따라서, 셀 밸런싱전압은 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 전압의 평균값이 되고, 배터리 셀은 셀 밸런싱전압에 도달하도록 충전 또는 방전된다.

즉, 배터리 모듈1~3의 셀 밸런싱전압은 모두 4.5V이므로, 제1배터리 모듈(1)에 포함된 배터리 셀의 경우, 배터리 셀1-1(11)은 배터리 셀1-1(11)의 양단 전압이 0.1V증가하도록 충전되고, 배터리 셀1-3(13)은 배터리 셀1-3(13)의 양단 전압이 0.1V감소하도록 방전된다. 제2배터리 모듈(2)에 포함된 배터리 셀의 경우, 배터리 셀2-1(21)은 배터리 셀2-1(21)의 양단 전압이 0.4V 증가하도록 충전되고, 배터리 셀2-3(23)은 배터리 셀2-3(23)의 양단 전압이 0.4V 감소하도록 방전된다. 제3배터리 모듈(3)에 포함된 배터리 셀의 경우, 배터리 셀3-1(31)은 배터리 셀3-1(31)의 양단 전압이 0.1V 증가하도록 충전되고 배터리 셀3-3(33)은 배터리 셀3-3(33)의 양단 전압이 0.1V 감소하도록 방전된다. 그 결과, 배터리 모듈1~3에 포함된 배터리 셀은 모두 4.5V의 전압을 갖게 되고, 전체 배터리 시스템은 밸런싱된다.

또한 바람직하게는, 상기 제어부(300)는, 셀전압 측정부(100)에서 측정한 배터리 셀의 전압값 중 어느 하나와 셀전압 측정부(100)에서 측정한 배터리 셀의 전압값 중 다른 하나의 차이가 셀기준전압 이상인 경우 셀 밸런싱부(500)를 작동시킬 수 있다. 여기서, 셀기준전압은 배터리 셀 간 전압의 차이가 일정한 수준을 넘지 않도록 하기 위해 미리 정해진 전압값이다.

예를 들어, 배터리 셀 간 전압의 차이가 1V 이상인 경우 배터리 시스템이 제대로 작동하지 않거나 손상 등의 우려가 있다고 가정하면, 오차를 고려하여 셀기준전압을 0.7V로 정할 수 있다. 이 경우, 하나의 배터리 셀의 전압값이 5.3V이고, 다른 하나의 배터리 셀의 전압값이 4.7V인 경우에는 배터리 셀 간 전압의 차이가 0.6V(5.3V - 4.7V = 0.6V)로 셀 밸런싱이 수행되지 않는다. 만약, 충방전이 수행되어 5.3V의 전압을 갖는 배터리 셀의 전압이 5.4V 이상으로 증가할 경우에는 배터리 셀 간 전압의 차이가 0.7V(5.4V - 4.7V = 0.7V) 이상이 되므로 제어부(300)는 셀 밸런싱부(500)를 작동시킬 수 있다. 한편, 제어부(500)는 주기적으로 배터리 셀의 전압을 측정하여 배터리 셀 간 전압의 차이가 셀기준전압 이상이 되는지 여부를 판단할 수도 있다.

상술한 내용은 모듈 간 전압의 밸런싱에도 유사하게 적용될 수 있다. 즉, 상기 제어부(300)는 배터리 모듈의 전압값 중 어느 하나와 배터리 모듈의 전압값 중 다른 하나의 차이가 모듈기준전압 이상인 경우 모듈 밸런싱부(400)를 작동시켜 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱할 수 있다. 상기의 셀기준전압 등에 관한 설명은 모듈기준전압 등에 실질적으로 동일하게 적용될 수 있으므로 반복적인 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 배터리 시스템은 상술한 배터리 시스템 관리 장치를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 시스템에는, 배터리 시스템 관리 장치가 적용되는 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈이 포함되며, 배터리 시스템 밸런싱 기능 이외의 다른 기능을 갖는 구성요소가 더 포함될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기보다는 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.

100: 셀전압 측정부 200: 모듈전압 측정부
300: 제어부
400: 모듈 밸런싱부 500: 셀 밸런싱부
1: 제1배터리 모듈 2: 제2배터리 모듈 3: 제3배터리 모듈
11: 배터리 셀1-1 12: 배터리 셀1-2 13: 배터리 셀1-3
21: 배터리 셀2-1 22: 배터리 셀2-2 23: 배터리 셀2-3
31: 배터리 셀3-1 32: 배터리 셀3-2 33: 배터리 셀3-3

Claims (17)

1. 복수의 셀이 구비된 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 시스템을 관리하는 장치에 있어서,
   상기 배터리 셀 양단의 전압을 측정하는 셀전압 측정부;
   상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 셀 밸런싱부;
   상기 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱하는 모듈 밸런싱부; 및
   상기 셀전압 측정부에서 측정된 전압을 이용하여 셀 밸런싱전압 및 모듈 밸런싱전압을 산정하고, 산정된 셀 밸런싱전압 및 모듈 밸런싱전압에 따라 상기 셀 밸런싱부 및 상기 모듈 밸런싱부를 작동시켜 상기 배터리 시스템을 밸런싱하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 모듈 양단의 전압을 측정하는 모듈전압 측정부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 모듈전압 측정부에서 측정된 전압을 이용하여 모듈 밸런싱 전압을 산정하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 산정된 모듈 밸런싱전압에 따라 복수의 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱한 후, 상기 산정된 셀 밸런싱전압에 따라 복수의 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 모듈 밸런싱전압은, 상기 각 배터리 모듈 양단 전압값 중 최소값이고,
   상기 모듈 밸런싱부는, 상기 각 배터리 모듈 양단의 전압값이 상기 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 내림차순으로 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 모듈 밸런싱전압은, 상기 각 배터리 모듈 양단 전압값 중 최대값이고,
   상기 모듈 밸런싱부는, 상기 각 배터리 모듈 양단의 전압값이 상기 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 오름차순으로 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
10. 제3항에 있어서,
    상기 모듈 밸런싱전압은, 상기 각 배터리 모듈 양단 전압값의 평균값이고,
    상기 모듈 밸런싱부는, 상기 각 배터리 모듈 양단의 전압값이 상기 모듈 밸런싱전압에 도달할 때까지 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀을 균일한 값으로 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 모듈 밸런싱부는, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 큰 전압값을 갖는 배터리 셀부터 내림차순으로 방전시키거나, 상기 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 중 작은 전압값을 갖는 배터리 셀부터 오름차순으로 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
13. 제3항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱부는, 상기 하나의 배터리 모듈에 포함된 상기 복수의 배터리 셀 상호간에 전기에너지가 교환되도록 상기 복수의 배터리 셀을 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 셀전압 측정부에서 측정한 배터리 셀의 전압값 중 어느 하나와 상기 셀전압 측정부에서 측정한 배터리 셀의 전압값 중 다른 하나의 차이가 셀기준전압 이상인 경우 상기 셀 밸런싱부를 작동시켜 상기 배터리 셀 간 전압을 밸런싱하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 모듈전압 측정부에서 측정한 배터리 모듈의 전압값 중 어느 하나와 상기 모듈전압 측정부에서 측정한 배터리 모듈의 전압값 중 다른 하나의 차이가 모듈기준전압 이상인 경우 상기 모듈 밸런싱부를 작동시켜 상기 배터리 모듈 간 전압을 밸런싱하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
16. 제1항에 있어서,
    밸런싱 과정에서 충전 또는 방전을 수행하기 위해 전기에너지를 저장하는 보조 전지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
17. 제1항 내지 제16항에 중 어느 한 항에 따른 배터리 시스템 관리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.

Images