KR20180013495A - 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 밸런싱 저항의 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 밸런싱 주기 동안의 방전 비율을 결정하고, 결정된 방전 비율에 대응하여 배터리 셀과 밸런싱 저항의 연결을 제어하는 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법{Apparatus and Method for balancing of battery cell}
본 발명은 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 밸런싱 저항의 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 밸런싱 주기 동안의 방전 비율을 결정하고, 결정된 방전 비율에 대응하여 배터리 셀과 밸런싱 저항의 연결을 제어하는 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈과 화석 에너지의 사용으로 인한 환경오염으로 이차 전지 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 모바일 기기, 전기 차량(Electric Vehicle; EV), 하이브리드 차량(Hybrid Vehicle; HV), 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 및 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 배터리의 수요가 급격히 증가하고 있다.
이러한 이차 전지 배터리는 화석 에너지의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
특히 전기 차량, 하이브리드 차량, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치에 사용되는 이차 전지 배터리는 고출력 및 대용량의 전력을 충전 또는 방전하기 위하여 배터리 셀을 여러 개 연결하여 구성된다. 이와 같은, 이차 전지 배터리의 배터리 셀들은 이상적으로 동일한 특성을 가져야 하나, 용량, 임피던스 및 내부저항의 편차를 가지며 이차 전지 배터리의 충방전이 수행됨에 따라 상술된 편차는 증가하게 된다. 이러한, 배터리 셀 간에 편차로 인하여 특정 배터리 셀은 과충전 또는 과방전되어 배터리 셀의 수명이 단축되고, 나아가 이차 전지 배터리의 수명까지 단축되는 문제점을 가진다.
이에 따라, 배터리 셀의 안정성과 수명 향상을 위하여 배터리 셀들 간에 전압을 균일하게 유지하는 밸런싱 기술이 이차 전지 배터리에 적용된다. 보다 구체적으로, 이차 전지 배터리에 포함된 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 밸런싱하는 방법에는, 전압이 상대적으로 낮은 배터리 셀에 충전전류를 공급하여 전압을 상승시키는 액티브 밸런싱(Active Balancing), 전압이 상대적으로 높은 배터리 셀을 방전시켜 전압을 강하시키는 패시브 밸런싱(Passive Balancing) 등이 있다.
특히, 패시브 밸런싱 기술을 구현하기 위하여 이차 전지 배터리에는 배터리 셀의 전력을 소비하는 밸런싱 저항, 배터리 셀과 밸런싱 저항 사이의 통전을 제어하는 스위칭 소자, 배리터 셀의 전압에 따라 스위칭 소자의 온 또는 오프를 제어하는 제어부가 구비된다.
이러한, 패시브 밸런싱 기술이 구현되면, 이차 전지 배터리의 전력이 밸런싱 저항을 통해 방전되고 밸런싱 저항에는 이차 전지 배터리의 충전 전압이 인가되어 발열 현상이 발생하게 된다. 제어부는 밸런싱 저항 마다의 열화 특성에 대응하여 한계 온도를 초과하지 않도록 이차 전지 배터리와 밸런싱 저항의 연결을 제어하여 이차 전지 배터리의 밸런싱을 수행하게 된다.
이때, 종래의 패시브 밸런싱 기술은 밸런싱 저항의 온도가 한계 온도만을 초과하지 않도록 스위칭 소자를 제어하여 밸런싱을 수행하게 되므로 밸런싱이 수행되는 동안 밸런싱 저항의 온도는 한계 온도에 지속적으로 근접하게 된다.
이에 따라, 밸런싱 저항의 열화가 가속화 되어 밸런싱 저항이 소손되거나 밸런싱 저항의 저항값이 변화하여 방전하고자 하는 전력이 달라지는 문제점 뿐만 아니라 밸런싱 저항의 발열로 인해 주변 소자와 밸런싱 회로에 발열이 발생하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위해, 배터리 셀과 연결되어 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하고, 밸런싱 저항의 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 밸런싱 저항에 의해 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정함으로써, 밸런싱 저항이 과열되지 않도록 방전 비율에 대응하여 배터리 셀에서 상기 밸런싱 저항으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자를 제어하는 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
한국공개특허 제10-2014-0106982호
본 발명의 목적은, 배터리 셀과 연결되어 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하고, 밸런싱 저항의 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 밸런싱 저항에 의해 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하며, 방전 비율에 대응하여 배터리 셀에서 상기 밸런싱 저항으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자를 제어함으로써, 배터리 셀의 밸런싱으로 인해 밸런싱 저항의 온도가 과열되어 소손되는 현상을 방지할 수 있는 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치는 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하는 전력 결정부; 상기 밸런싱 저항의 소비 전력과 상기 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 상기 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 상기 밸런싱 저항에 의해 상기 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하는 방전 비율 결정부; 및 상기 방전 비율에 대응하여 상기 배터리 셀에서 상기 밸런싱 저항으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀 밸런싱 장치는 상기 배터리 셀의 충전 전압값, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 밸런싱 저항의 양단 전압값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항의 소비 전력을 산출하는 전력 산출부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전력 결정부는 상기 밸런싱 저항의 열화 정보에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전력 결정부는 상기 밸런싱 저항의 소비 전력에 따른 온도 변화에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방전 비율 결정부는 하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 비율을 결정할 수 있다.
<수학식>
Figure pat00001
여기서, Rd는 상기 방전 비율, Rp는 상기 전력 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 방전 비율을 이용하여 상기 방전 시간을 산출하고, 상기 방전 시간 동안 상기 스위칭 소자를 온으로 제어하여 상기 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 배터리 셀을 방전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 시간을 산출할 수 있다.
<수학식>
Figure pat00002
여기서, Td는 상기 방전 시간, Tb는 상기 밸런싱 주기, Rd는 상기 방전 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.
본 발명에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법은 전력 결정부가 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하는 단계; 방전 비율 결정부가 상기 밸런싱 저항의 소비 전력과 상기 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 상기 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 상기 밸런싱 저항에 의해 상기 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하는 단계; 및 제어부가 상기 방전 비율에 대응하여 상기 배터리 셀에서 상기 밸런싱 저항으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자를 제어하는 단계;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀 밸런싱 방법은 전력 산출부가 상기 배터리 셀의 충전 전압값, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 밸런싱 저항의 양단 전압값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항의 소비 전력을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계는 상기 전력 결정부가 상기 밸런싱 저항의 열화 정보에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계는 상기 전력 결정부가 상기 밸런싱 저항의 소비 전력에 따른 온도 변화에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방전 비율을 결정하는 단계는, 상기 방전 비율 결정부가 하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 비율을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
<수학식>
Figure pat00003
여기서, Rd는 상기 방전 비율, Rp는 상기 전력 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계는 상기 제어부가 상기 방전 비율을 이용하여 상기 방전 시간을 산출하고, 상기 방전 시간 동안 상기 스위칭 소자를 온으로 제어하여 상기 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 배터리 셀을 방전시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계는 상기 제어부가 하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 시간을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
<수학식>
Figure pat00004
여기서, Td는 상기 방전 시간, Tb는 상기 밸런싱 주기, Rd는 상기 방전 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.
본 발명에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법은 배터리 셀과 연결되어 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하고, 밸런싱 저항의 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 밸런싱 저항에 의해 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하며, 방전 비율에 대응하여 배터리 셀에서 상기 밸런싱 저항으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자를 제어함으로써, 배터리 셀의 밸런싱으로 인해 밸런싱 저항의 온도가 과열되어 소손되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치가 적용될 수 있는 전기 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 밸런싱 주기와 방전 시간을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 밸런싱 저항값 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 작동을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치가 적용될 수 있는 전기 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치가 전기 차량에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치는 전기 차량 이외에도 모바일 기기, 에너지 저장 시스템 또는 무정전 전원 공급 장치 등 이차 전지 배터리가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 차량(1)은 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 차량(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
또한, BMS(20)는 후술되는 배터리 셀 밸런싱 장치(도 2의 100)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 셀 밸런싱 장치(100)는 배터리(10)에 포함된 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 밸런싱 주기 동안의 방전 비율을 결정하고, 결정된 방전 비율에 대응하여 배터리 셀과 밸런싱 저항의 연결을 제어함으로써, 밸런싱 저항의 과열을 방지할 수 있다.
상술된 배터리 셀 밸런싱 장치(100)가 밸런싱 저항의 과열을 방지하기 위하여 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 내용은 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
ECU(30)는 전기 차량(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(Accelerator), 브레이크(Break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 차량(1)를 구동한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 배터리 셀 밸런싱 장치(100)는 밸런싱부(110), 전력 산출부(120), 전력 결정부(130), 전력 비율 산출부(140), 방전 비율 산출부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 배터리 셀 밸런싱 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
배터리 셀 밸런싱 장치(100)는 배터리 셀(11)을 포함하는 배터리(10) 및 배터리 셀(11) 각각 전압, 전류 및 온도에 근거하여 배터리 셀(11)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH) 및 최대 입출력 전력 허용량을 산출하고, 산출된 배터리 셀(11)의 상태 정보(SOC, SOH 및 최대 입출력 전력 허용량)를 이용하여 배터리 셀(11)의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS, 20)에 포함될 수 있다.
밸런싱부(110)는 후술되는 배터리(10)에 포함된 배터리 셀(11)의 충전 전압을 방전시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 밸런싱부(110)는 스위칭 소자(111) 및 밸런싱 저항(112)을 포함할 수 있다.
여기서, 스위칭 소자(111)는 MOS FET(Metal Oxide Silicon Field Effect transistor) 소자, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자 및 BJT(Bipolar Junction Transistor) 소자 중 어느 하나일 수 있다.
밸런싱부(110)는 스위칭 소자(111)가 MOS FET 소자인 경우, 밸런싱 저항(112) 외에 MOS FET 소자의 게이트 전압을 조절하기 위한 게이트 저항(113)을 더 포함할 수 있다.
이하에서, 스위칭 소자(111)가 MOS FET 소자인 밸런싱부(110)에 대해 설명하도록 한다.
스위칭 소자(111)는 드레인 단자(D), 게이트 단자(G) 및 소스 단자(S)를 포함할 수 있으며, 드레인 단자(D) 및 게이트 단자(G) 는 각각 밸런싱 저항(112) 및 게이트 저항(113)과 연결될 수 있다.
스위칭 소자(111)는 게이트 단자(G)에 문턱 전압(Threshold Voltage) 이상의 게이트 전압이 인가되는 경우, 드레인 단자(D) 및 소스 단자(S)가 통전되어 드레인 단자(D)와 연결된 밸런싱 저항(112)에 전류가 흐를 수 있다.
즉, 스위칭 소자(111)가 통전되어 배터리 셀(11)로부터 출력되는 전류가 밸런싱 저항(112)에 흐름으로써 배터리 셀(11)이 방전되고, 이로 인해, 배터리 셀(11)에 충전된 충전 전압의 전압값이 감소될 수 있다.
한편, 스위칭 소자(111)의 문턱 전압에 대응하여 게이트 단자(G)에 인가되는 게이트 전압을 조절하기 위해 게이트 저항(113)의 저항값은 변경될 수 있다.
전력 산출부(120)는 밸런싱부(110)를 통해 배터리 셀(11)이 방전되는 경우, 밸런싱 저항(112)의 소비 전력을 산출하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 산출부(120)는 배터리 셀(11)의 충전 전압값, 밸런싱 저항(112)의 저항값 및 밸런싱 저항(112)의 양단 전압값 중 하나 이상을 이용하여 밸런싱 저항(112)의 소비 전력을 산출할 수 있다.
이를 위하여, 전력 산출부(120)는 밸런싱부(110)의 회로 구성시 밸런싱부(110)에 포함된 스위칭 소자(111)의 소자 특성 정보(예를 들어, 다이오드의 전압 강하량)을 미리 저장해두고 밸런싱 저항(112)의 소비 전력을 산출하는 경우, 현재 배터리 셀(11)의 충전 전압값에 따른 밸런싱 저항(112)의 양단 전압값을 추출할 수 있다.
이를 통해, 전력 산출부(120)는 스위치 소자(111)가 온으로 변경되어 배터리 셀(11)이 방전될 때 밸런싱 저항(112)의 소비 전력을 산출할 수 있다.
이때, 전력 산출부(120)는 하기의 수학식 1을 이용하여 밸런싱 저항(1130)의 소비 전력을 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure pat00005
여기서, Pd는 소비 전력, Vr은 밸런싱 저항의 양단 전압값, R은 밸런싱 저항의 저항값이다.
상술된 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 산출부(120)는 배터리 셀(11)의 충전 전압값, 밸런싱 저항(112)의 저항값 및 밸런싱 저항(112)의 양단 전압값 중 하나 이상을 이용하여 밸런싱 저항(112)의 소비 전력을 산출하는 것으로 설명하였다.
하지만, 다른 실시예에 따른 전력 산출부는 밸런싱부(110)의 회로 구성에 따라 밸런싱부(110)가 배터리 셀(11)의 밸런싱을 수행할 때 밸런싱 저항(112)에서 소비되는 소비 전력을 산출할 수 있는 한 소비 전력을 산출하는 방법은 한정되지 않음을 유의한다.
예를 들어, 다른 실시예에 따른 전력 산출부는 밸런싱 저항(112)에 흐르는 방전 전류의 전류값을 측정하고 밸런싱 저항(112)의 양단 전압값과 측정된 방전 전류의 전류값을 곱하여 밸런싱 저항(112)의 소비 전력을 산출할 수도 있다.
전력 결정부(130)는 배터리 셀(11)과 연결되어 배터리 셀(11)을 방전시키는 밸런싱 저항(112)의 목표 소비 전력을 결정하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 목표 소비 전력은 밸런싱 저항(112)을 통해 배터리 셀(11)이 방전되는 경우, 밸런싱 저항(112)의 온도가 밸런싱 저항(112)이 과열로 인해 소손되지 않는 온도까지 증가되도록 결정되는 전력값일 수 있다.
즉, 밸런싱 저항(112)이 목표 소비 전력만큼의 전력을 소비하면서 배터리 셀(11)을 방전시키는 경우, 밸런싱 저항(112)의 온도가 밸런싱 저항(112)이 소손되지 않는 온도를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 결정부(130)는 밸런싱 저항(112)의 열화 정보에 근거하여 목표 소비 전력을 결정할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 전력 결정부(130)는 밸런싱 저항(112)의 소비 전력에 따른 열화 정보를 미리 저장해 두고 열화 정보에 근거하여 목표 소비 전력을 결정할 수 있다.
다른 실시예에 따른 전력 결정부는 밸런싱 저항(112)의 소비 전력에 따른 온도 변화에 근거하여 목표 소비 전력을 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 다른 실시예에 따른 전력 결정부는 하기의 표 1과 같은 소비 전력에 따른 온도 변화를 미리 저장해 두고, 밸런싱 저항(112)이 과열로 인해 소손되지 않는 온도 변화에 해당하는 소비 전력을 목표 소비 전력으로 결정할 수 있다.
표 1을 참조하여 예를 들어 설명하면, 밸런싱 저항(112)의 온도 변화가 25 ℃까지는 소손되지 않는 경우, 다른 실시예에 따른 전력 결정부는 소비 전력에 따른 온도 변화에서 25 ℃에 해당하는 소비 전력 0.150W를 목표 소비 전력으로 결정할 수 있다.
온도 변화 소비 전력
+2℃ 0.025W
+5℃ 0.050W
+10℃ 0.075W
+15℃ 0.100W
+20℃ 0.125W
+25℃ 0.150W
+40℃ 0.200W
+50℃ 0.250W
전력 비율 산출부(140)는 전력 산출부(120)에서 산출된 밸런싱 저항(112)의 소비 전력과 전력 결정부(130)에서 결정된 밸런싱 저항(112)의 목표 소비 전력의 전력 비율을 산출하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 전력 비율 산출부(140)는 전력 산출부(120) 및 전력 결정부(130) 각각으로부터 소비 전력 및 목표 소비 전력을 직접 수신받거나 저장부에 저장된 소비 전력 및 목표 소비 전력을 읽어들여 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율을 산출할 수 있다.
이때, 전력 비율 산출부(140)는 하기의 수학식 2를 이용하여 전력 비율을 산출할 수 있다.
<수학식 2>
Figure pat00006
여기서, Rp는 전력 비율, Pt는 목표 소비 전력, Pd는 소비 전력이다.
방전 비율 결정부(150)는 전력 비율 산출부(140)에서 산출된 전력 비율에 기초하여 배터리 셀(11)의 밸런싱 주기 동안 밸런싱 저항(112)에 의해 배터리 셀(11)이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하는 역할을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치(100)의 밸런싱 주기와 방전 시간을 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하여 상술된 밸런싱 주기에 대해 설명하도록 한다.
밸런싱 주기(Tb)는 후술되는 제어부(160)가 밸런싱부(110)를 이용하여 배터리 셀(110)을 방전시키는 밸런싱 동작과 배터리 셀(110)의 충전 전압과 밸런싱 저항(112)의 저항값 등을 측정하는 센싱 동작을 1회 수행하는 시간일 수 있다.
즉, 제어부(160)는 밸런싱 주기(Tb) 동안 밸런싱 동작과 센싱 동작을 각각 1회씩 수행하고 이러한 밸런싱 주기(Tb)는 반복될 수 있다. 이때, 배터리 셀(11)과 밸런싱 저항(112) 사이에 연결된 스위칭 소자(111)가 턴-온되어 배터리 셀(11)이 방전되는 시간이 방전 시간(Td)일 수 있다.
다시 방전 비율 결정부(150)에 대해 설명하면, 방전 비율 결정부(150)는 밸런싱 주기 동안 배터리 셀(11)이 방전되는 방전 시간(Td)의 비율이 전력 비율과 동일하도록 방전 비율을 결정할 수 있다.
즉, 방전 비율 결정부(150)는 밸런싱 저항(112)에서 소비되는 전력이 목표 소비 전력만큼 소비되도록 밸런싱 주기 동안 방전 시간(Td)의 방전 비율을 결정할 수 있다.
이때, 방전 비율 결정부(150)는 하기의 수학식 3을 이용하여 방전 비율을 결정할 수 있다.
<수학식 3>
Figure pat00007
여기서, Rd는 방전 비율, Rp는 전력 비율, Pt는 목표 소비 전력, Pd는 소비 전력이다.
제어부(160)는 방전 비율에 대응하여 배터리 셀(11)에서 밸런싱 저항(112)으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자(111)를 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 제어부(160)는 방전 비율을 이용하여 방전 시간을 산출하고, 방전 시간 동안 스위칭 소자(111)를 온으로 제어하여 배터리 셀(11)과 밸런싱 저항(112)을 연결시켜 배터리 셀(11)을 방전시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(160)는 산출된 방전 시간 동안 스위칭 소자(111)의 문턱 전압 이상의 게이트 전압을 게이트 단자(G)에 인가시켜 스위칭 소자(111)의 작동 상태를 온(On)으로 제어할 수 있다.
이를 통해, 제어부(160)는 스위칭 소자(111)의 드레인 단자(D)와 연결된 밸런싱 저항(112)에 전류가 흐르게 함으로써, 배터리 셀(11)을 방전시킬 수 있다.
반대로, 제어부(160)는 방전 시간 이외 센싱 동작을 수행하는 구간에서는 스위칭 소자(111)의 작동 상태를 오프(Off)로 제어하여 배터리 셀(11)을 방전시키지 않을 수 있다.
이때, 제어부(160)는 MCU(Micro Controller Unit) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 중 어느 하나일 수 있다.
제어부(160)는 하기의 수학식 4를 이용하여 방전 시간을 산출할 수 있다.
<수학식 4>
Figure pat00008
여기서, Td는 방전 시간, Tb는 밸런싱 주기, Rd는 방전 비율, Pt는 목표 소비 전력, Pd는 소비 전력이다.
이를 통해, 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치(100)는 배터리 셀의 온도가 한계 범위를 지속해서 유지하지 않도록 방전 시간을 결정함으로써, 배터리 셀의 밸런싱으로 인해 밸런싱 저항의 온도가 과열되어 소손되는 현상을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 밸런싱 저항값 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 전력 산출부가 배터리 셀의 충전 전압값, 밸런싱 저항의 저항값 및 밸런싱 저항의 양단 전압값 중 하나 이상을 이용하여 밸런싱 저항의 소비 전력을 산출하게 된다(S501). 여기서, 전력 산출부로부터 산출되는 소비 전력은 스위치 소자가 온으로 변경되어 배터리 셀이 방전될 때 밸런싱 저항에서 소비되는 전력값일 수 있다.
다음으로, 전력 결정부가 배터리 셀과 연결되어 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하게 된다(S502). 여기서, 전력 결정부로부터 결정되는 목표 소비 전력은 밸런싱 저항을 통해 배터리 셀이 방전 시 밸런싱 저항의 온도가 밸런싱 저항이 과열로 인해 소손되지 않는 온도까지 증가되도록 결정되는 소비 전력값일 수 있다.
이어서, 전력 비율 산출부가 소비 전력과 목표 소비 전력의 전력 비율을 산출하게 되고(S503), 방전 비율 결정부가 산출된 전력 비율에 기초하여 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 밸런싱 저항에 의해 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하게 된다(S504).
즉, 방전 비율 결정부는 밸런싱 주기 동안 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 비율이 전력 비율과 동일하도록 방전 비율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 밸런싱 저항의 소비 전력과 목표 소비 전력이 각각 1000W 및 250W인 경우, 전력 비율 산출부로부터 전력 비율이 1/4로 산출되고 방전 비율 결정부는 방전 비율을 1/4로 산출하게 된다.
이후, 제어부가 방전 비율을 이용하여 밸런싱 주기 중에서 방전 시간을 산출하게 되고(S505), 방전 시간 동안 스위칭 소자를 온으로 제어하여 배터리 셀과 밸런싱 저항을 연결시켜 배터리 셀을 방전시키게 된다(S506). 상술된 예를 이어서 설명하면, 밸런싱 주기가 1000ms인 경우, 제어부는 방전 비율 결정부로부터 결정된 방전 비율 1/4를 밸런싱 주기 1000ms에 곱하여 방전 시간 250ms를 산출하고, 밸런싱 시간인 1000ms 마다 방전 시간 250ms 동안 스위칭 소자를 제어하여 배터리 셀을 방전시킬 수 있다.
이를 통해, 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법은 배터리 셀의 온도가 한계 범위를 지속해서 유지하지 않도록 방전 시간을 결정함으로써, 배터리 셀의 밸런싱으로 인해 밸런싱 저항의 온도가 과열되어 소손되는 현상을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 배터리 셀 밸런싱 장치
110 : 밸런싱부
111 : 스위칭 소자 112 : 밸런싱 저항
113 : 게이트 저항
D : 드레인 단자 G : 게이트 단자
S : 소스 단자
120 : 전력 산출부 130 : 전력 결정부
140 : 전력 비율 산출부 150 : 방전 비율 결정부
160 : 제어부
10 : 배터리
11 : 배터리 셀
20: 배터리 관리 시스템

Claims (14)

  1. 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하는 전력 결정부;
    상기 밸런싱 저항의 소비 전력과 상기 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 상기 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 상기 밸런싱 저항에 의해 상기 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하는 방전 비율 결정부; 및
    상기 방전 비율에 대응하여 상기 배터리 셀에서 상기 밸런싱 저항으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 충전 전압값, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 밸런싱 저항의 양단 전압값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항의 소비 전력을 산출하는 전력 산출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는,
    상기 밸런싱 저항의 열화 정보에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는,
    상기 밸런싱 저항의 소비 전력에 따른 온도 변화에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방전 비율 결정부는,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 비율을 결정하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 장치.

    <수학식>
    Figure pat00009

    여기서, Rd는 상기 방전 비율, Rp는 상기 전력 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방전 비율을 이용하여 상기 방전 시간을 산출하고, 상기 방전 시간 동안 상기 스위칭 소자를 온으로 제어하여 상기 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 장치.

    <수학식>
    Figure pat00010

    여기서, Td는 상기 방전 시간, Tb는 상기 밸런싱 주기, Rd는 상기 방전 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.
  8. 전력 결정부가 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항의 목표 소비 전력을 결정하는 단계;
    방전 비율 결정부가 상기 밸런싱 저항의 소비 전력과 상기 목표 소비 전력의 전력 비율에 기초하여 상기 배터리 셀의 밸런싱 주기 동안 상기 밸런싱 저항에 의해 상기 배터리 셀이 방전되는 방전 시간의 방전 비율을 결정하는 단계; 및
    제어부가 상기 방전 비율에 대응하여 상기 배터리 셀에서 상기 밸런싱 저항으로 흐르는 전류를 통전 또는 차단시키는 스위칭 소자를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    전력 산출부가 상기 배터리 셀의 충전 전압값, 상기 밸런싱 저항의 저항값 및 상기 밸런싱 저항의 양단 전압값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항의 소비 전력을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계는,
    상기 전력 결정부가 상기 밸런싱 저항의 열화 정보에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계는,
    상기 전력 결정부가 상기 밸런싱 저항의 소비 전력에 따른 온도 변화에 근거하여 상기 목표 소비 전력을 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 방전 비율을 결정하는 단계는,
    상기 방전 비율 결정부가 하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 비율을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 방법.

    <수학식>
    Figure pat00011

    여기서, Rd는 상기 방전 비율, Rp는 상기 전력 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 제어하는 단계는,
    상기 제어부가 상기 방전 비율을 이용하여 상기 방전 시간을 산출하고, 상기 방전 시간 동안 상기 스위칭 소자를 온으로 제어하여 상기 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 배터리 셀을 방전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 제어하는 단계는,
    상기 제어부가 하기의 수학식을 이용하여 상기 방전 시간을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 셀 밸런싱 방법.

    <수학식>
    Figure pat00012

    여기서, Td는 상기 방전 시간, Tb는 상기 밸런싱 주기, Rd는 상기 방전 비율, Pt는 상기 목표 소비 전력, Pd는 상기 소비 전력이다.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11209896B2 (en) 2018-08-31 2021-12-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device and method for operating semiconductor device
US11616257B2 (en) 2018-10-19 2023-03-28 Lg Energy Solution, Ltd. Battery management device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012115101A (ja) * 2010-11-26 2012-06-14 Keihin Corp セルバランス制御装置
KR20140106982A (ko) 2013-02-27 2014-09-04 삼성전자주식회사 배터리에 포함된 셀들의 밸런싱을 수행하는 밸런싱 장치 및 배터리 모듈

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012115101A (ja) * 2010-11-26 2012-06-14 Keihin Corp セルバランス制御装置
KR20140106982A (ko) 2013-02-27 2014-09-04 삼성전자주식회사 배터리에 포함된 셀들의 밸런싱을 수행하는 밸런싱 장치 및 배터리 모듈

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11209896B2 (en) 2018-08-31 2021-12-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device and method for operating semiconductor device
US11616257B2 (en) 2018-10-19 2023-03-28 Lg Energy Solution, Ltd. Battery management device

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