KR20190018824A - 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법 - Google Patents

충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 팩에 포함된 복수 개의 배터리 셀들과 각각 연결되어, 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 센싱하는 셀 센싱부; 상기 셀 센싱부와 연결되어 각각의 배터리 셀의 전압 상태에 따라, 충전 전류 흐름을 제어하는 충전 제어부 및 상기 충전 제어부의 제어 신호에 따라, 충전기로부터 인가되는 충전 전류의 경로를 제어하는 전류 분배부를 포함하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치를 제공한다.

Description

충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법 {Cell balancing apparatus and method using charging current}
본 발명은 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기차 충전 시, 충전기의 충전 전류를 이용하여 배터리의 충전에 앞서서 셀 밸런싱을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 셀 밸런싱 방식의 경우, 내부 에너지를 소모하여 밸런싱을 하는 방식으로, 특히 패시브 셀 밸런싱 방식은 배터리 관리 장치의 밸런싱 저항을 이용하여 열을 발생시켜 인위적으로 에너지를 소모시켜 셀 밸런싱을 수행하는 것으로서, 밸런싱이 이루어지는 타이밍과 셀 밸런싱의 수행 시간이 일정하지 않아, 높은 셀 밸런싱의 효과를 기대하기는 어려운 문제점이 있다.
또한, 이러한 종래의 패시브 셀 밸런싱 방식은 배터리 관리 장치의 밸런싱 저항에 셀의 전류를 인위적으로 인가시켜 열을 발생시켜 밸런싱을 수행하는 것이기 때문에, 배터리 관리 장치를 구성하고 있는 PCB, 내부 회로 등에 피로 누적에 의한 손상이 발생할 수 있고 장기적으로 배터리 관리 장치의 수명을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
국내공개특허공보 제2014-0008655호에서는 셀 충전에 의한 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 차량용 전원 공급 장치가 개시되어 있다.
국내공개특허공보 제2014-0008655(공개일2014.01.22.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법에 있어서, 전기차 충전 시, 충전기의 충전 전류의 흐름을 제어하여 배터리의 충전에 앞서서 배터리 셀 밸런싱을 수행하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 이루고 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치는, 배터리 팩에 포함된 복수 개의 배터리 셀들과 각각 연결되어, 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 센싱하는 셀 센싱부; 상기 셀 센싱부와 연결되어 각각의 배터리 셀의 전압 상태에 따라, 충전 전류 흐름을 제어하는 충전 제어부 및 상기 충전 제어부의 제어 신호에 따라, 충전기로부터 인가되는 충전 전류의 경로를 제어하는 전류 분배부를 포함한다.
더 나아가, 상기 충전 제어부는 상기 셀 센싱부로부터 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여 셀 밸런싱의 필요 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 충전 제어부는 셀 밸런싱의 필요 여부 판단 결과에 따라, 셀 밸런싱이 필요할 경우, 저전압 충전이 이루어지도록 충전기를 제어하고, 상기 셀 센싱부로 충전 전류가 인가되도록 상기 전류 분배부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 셀 센싱부는 충전 전류가 인가될 경우, 상기 충전 제어부에서 분석한 셀 전압 상태를 이용하여 셀 밸런싱이 필요한 특정 배터리 셀로 충전 전류를 인가하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 충전 제어부는 셀 밸런싱의 필요 여부 판단 결과에 따라, 셀 밸런싱 필요하지 않을 경우, 고전압 충전이 이루어지도록 충전기를 제어하고, 배터리 팩으로 충전 전류가 인가되도록 상기 전류 분배부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 충전 제어부는 저전압 충전이 시작되고 기설정된 시간이 지난 후, 상기 셀 센싱부로부터 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 다시 전달받는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 충전 제어부는 기설정된 시간이 지난 후, 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 이용하여 셀 밸런싱의 필요 여부를 다시 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법은, 배터리 팩에 포함된 복수 개의 배터리 셀들로부터 각각의 전압 상태를 전달받는 셀 센싱 단계, 상기 셀 센싱 단계에 의해 전달받은 각각의 전압 상태를 분석하여 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 밸런싱 판단 단계 및 상기 밸런싱 판단 단계에서의 셀 밸런싱 필요 여부 판단 결과에 따라, 셀 밸런싱이 필요하다고 판단될 경우, 저전압 충전이 이루어지도록 충전기 및 전류 분배부를 제어하는 저전압 충전 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 밸런싱 판단 단계에서의 셀 밸런싱 필요 여부 판단 결과에 따라, 셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단될 경우, 고전압 충전이 이루어지도록 충전기 및 전류 분배부를 제어하는 고전압 충전 단계를 더 포함한다.
더 나아가, 상기 저전압 충전 단계는 충전기를 제어하여 충전 전류를 기설정된 수준으로 완화하는 제 1 충전기 제어 단계와, 상기 제 1 충전기 제어 단계에 의해 완화된 충전 전류가 셀 밸런싱이 필요한 특정 배터리 셀로 인가되도록 충전 전류의 경로를 제어하는 제 1 전류 경로 제어 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 고전압 충전 단계는 충전 전류가 상기 배터리 팩의 고전압 라인으로 인가되도록 충전 전류의 경로를 제어하는 제 2 전류 경로 제어 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법은 상기 저전압 충전 단계가 시작된 후, 기설정된 시간이 지난 후, 상기 셀 센싱 단계와 밸런싱 판단 단계를 재수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법에 의하면, 전기차 충전 시, 개별 셀들의 충전 상태를 분석하여, 충전기의 충전 전류의 흐름을 제어하여 배터리 팩의 충전에 앞서서 셀 밸런싱을 수행함으로써, 배터리 관리 장치의 데미지를 최소화하면서도 충전 초기에 셀 밸런싱이 완료된 이후 배터리 팩의 충전을 진행하기 때문에 밸런싱 효과 또한 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 팩의 충전을 진행하기 전에 셀 밸런싱이 필요함을 판단하여, 주변 셀보다 낮은 전압 조건의 특정 셀들을 주변 셀들과 밸런싱을 맞춘 후 배터리 팩의 충전을 진행하므로, 충전 효과를 극대화할 수 있으며, 저항 등을 이용하여 내부 에너지를 소모하기 않기 때문에 배터리 관리 장치 자체 또는 PCB 등 회로의 피로 누적이 없어, 불필요한 수명 저하를 방지할 수 있다.
즉, 배터리 팩 충전 초기에 개별 셀들의 충전 상태를 분석하여 셀 밸런싱이 필요할 경우, 충전기의 충전 전류 흐름을 제어하여 셀 밸런싱을 완료한 후, 본격적으로 배터리 팩 전체 충전을 진행함으로써, 배터리 관리 장치의 데미지를 최소화하고, 밸런싱 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치의 저전압 충전시 전류 흐름을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치의 고전압 충전시 전류 흐름을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법의 순서도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치의 저전압 충전시 전류 흐름을 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치의 고전압 충전시 전류 흐름을 나타낸 개념도이다. 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치는 셀 밸런싱이 틀어진 조건의 배터리 팩에 대해, 초기 충전시, 주변 셀들에 비해 낮은 전압 조건의 특정 셀을 주변 셀들과 밸런싱을 맞춘 후, 배터리 팩에 대한 충전을 진행함으로써, 충전 효과를 극대화할 수 있으며, 배터리 관리 장치 자체 또는 PCB 등의 회로에 대한 피로 누적이 없어, 셀 밸런싱 수행에 의한 배터리 관리 장치의 수명 저하를 방지할 수 있는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 셀 센싱부(110), 충전 제어부(120)를 포함하여 동작되는 배터리 관리 장치(100) 및 전류 분배부(200)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,
배터리 관리 장치(100)의 셀 센싱부(110)는 배터리 팩에 포함된 복수 개의 배터리 셀들과 각각 연결되어, 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 센싱받아, 충전 제어부(120)로 전달할 수 있다. 이 때, 셀 센싱부(110)는 충전 전류가 인가될 경우, 충전 제어부(120)의 제어에 따라 특정 배터리 셀에만 충전 전류를 전달할 수 있으며, 이에 대해서는 추후에 설명하도록 한다.
배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)는 셀 센싱부(110)와 연결되어, 셀 센싱부(110)로부터 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여, 셀 밸런싱의 필요 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 전류 분배부(200)를 통한 충전 전류 흐름을 제어할 수 있다.
이 때, 전류 분배부(200)는 충전 제어부(120)의 제어 신호인 충전 전류 흐름의 제어 신호에 의해, 충전기로부터 전달받은 충전 전류의 경로를 제어하게 된다.
즉, 전류 분배부(200)는 충전 제어부(120)의 제어 신호에 따라, 고전압 충전 또는 저전압 충전 전류의 흐름으로 충전기로부터의 충전 전류의 경로를 제어할 수 있다.
상세하게는, 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)는 셀 센싱부(110)로부터 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여, 특정 배터리 셀이 주변 배터리 셀에 비해 현재 전압 조건이 낮을 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)는 셀 밸런싱이 필요하다고 판단될 경우, 저전압 충전이 이루어지도록 충전기를 제어하여 충전 전류를 미리 설정된 수준으로 완화 조절하는 것이 바람직하다.
여기서, 미리 설정된 수준이란, 0.x C-rate 인 것이 바람직하며, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
더불어, 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)는 충전기와 전류 분배부(200)로 저전압 충전 전류 흐름의 제어 신호를 전달하여, 전류 분배부(200)의 충전 전류의 경로 제어 동작에 의해 미리 설정된 수준으로 완화된 충전 전류를 셀 센싱부(110)로 인가되도록 한다.
배터리 관리 장치(100)의 셀 센싱부(110)는 상술한 바와 같이, 충전 전류가 인가될 경우, 충전 제어부(120)에서 분석한 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 이용하여, 셀 밸런싱이 필요한 특정 배터리 셀, 다시 말하자면, 주변 배터리 셀에 비해 현재 전압 조건이 낮은 특정 배터리 셀에만 충전 전류를 인가하게 된다.
셀 센싱부(110)를 통한 셀 밸런싱 동작은, 특정 배터리 셀의 주변 배터리 셀의 전압이나 SOC 수준을 기반으로 동작 시간을 설정하여 밸런싱을 수행하는 것이 바람직하다.
이 때, 특정 배터리 셀은 하나의 배터리 셀로 한정하는 것이 아니라, 배터리 팩의 상태에 따라 주변 배터리 셀에 비해 전압 조건이 낮은 다수의 특정 배터리 셀들로 분석될 수도 있으며, 이 역시, 셀 센싱부(110)에서 인가받은 충전 전류를 특정 배터리 셀들에만 충전 전류를 인가하는 것이 바람직하다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 저전압 충전의 경우, ① 배터리 관리 장치(100)의 셀 센싱부(110)를 통해서 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 센싱받아, ② 충전 제어부(120)로 전달하고, ③ 충전 제어부(120)에서 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여 셀 밸런싱이 필요하다고 판단될 경우, 충전기와 ④ 전류 분배부(200)로 저전압 충전 전류 흐름의 제어 신호를 전달하고, ⑤ 전류 분배부(200)의 충전 전류의 경로 제어 동작에 의해 미리 설정된 수준으로 완화된 충전 전류를 셀 센싱부(110)로 인가시켜, ⑥ 셀 센싱부(110)를 통한 셀 밸런싱이 필요한 특정 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작이 이루어지게 된다.
이와 반대로, 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)의 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석한 결과, 셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단될 경우, 고전압 충전이 이루어지도록 충전기를 제어하여 충전 조건을 급속 또는 완속 조건으로 설정하고, 전류 분배부(200)의 충전 전류의 경로 제어 동작의 충전 전류의 흐름을 제어하게 된다.
상세하게는, 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)에서 충전기와 전류 분배부(200)로 고전압 충전 전류 흐름의 제어 신호를 전달하여, 전류 분배부(200)의 충전 전류의 경로 제어 동작에 의해 충전기의 급속 또는 완속 조건의 충전 전류가 배터리 팩의 고전압 라인을 통해 직접 인가되도록 한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 고전압 충전의 경우, ① 배터리 관리 장치(100)의 셀 센싱부(110)를 통해서 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 센싱받아, ② 충전 제어부(120)로 전달하고, ③ 충전 제어부(120)에서 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여 셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단될 경우, 충전기와 ④ 전류 분배부(200)로 고전압 충전 전류 흐름의 제어 신호를 전달하고, ⑤ 전류 분배부(200)의 충전 전류의 경로 제어 동작에 의해 충전기의 급속 또는 완속 조건의 충전 전류가 배터리 팩의 고전압 라인을 통해 직접 인가되도록 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치는 저전압 충전이 시작되고 난 후, 미리 설정된 시간이 지난 후, 배터리 관리 장치(100)의 셀 센싱부(110)를 통해서 충전 제어부(120)로 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 다시 전달하고, 충전 제어부(120)에서 다시 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여 셀 밸런싱의 필요 여부를 다시 판단할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 시간이란 현재 배터리 셀의 온도별, SOC별, 밸런싱 동작에 의한 충전 시간별 복귀(retention) 전압을 기반으로, 배터리 셀의 전압이 안정되는 시간을 의미한다.
이를 통해서, 저전압 충전을 통한 특정 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 동작이 어느정도 수행되고 있는지 또는 제대로 수행되고 있는지 그 정도를 판단할 수 있으며, 셀 밸런싱 동작이 완료되었음이 확인될 경우, 저전압 충전 동작에서 고전압 충전 동작으로 충전 전류의 흐름을 변경하여 전체 배터리 팩의 충전이 이루어지도록 제어할 수 있다.
즉, 셀 밸런싱이 완료되었을 경우, 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)는 셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단하여 고전압 충전이 이루어지도록 충전기의 충전 전류의 흐름을 제어하게 된다.
셀 밸런싱 동작이 완료되었음은 배터리 셀 간의 전압 상태 차이가 미리 설정된 범위 내에 해당될 경우, 배터리 셀 간의 전압 상태 차이가 없는 것으로 판단하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법의 순서도이다. 도 4을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 장치(100)의 셀 센싱부(110)에서의 셀 센싱 단계(S100), 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)에서의 밸런싱 판단 단계(S120), 충전 제어부(120)에서의 제어 신호에 따라 전류 분배부(200)의 충전 전류 경로 제어가 이루어지는 저전압 충전 단계(S300) 및 고전압 충전 단계(S400)를 포함하는 것이 바람직하다.
각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,
셀 센싱 단계(S100)는 배터리 관리 장치(100)의 셀 센싱부(110)에서, 각각 연결되어 있는 배터리 팩에 포함된 복수 개의 배터리 셀들의 각각의 전압 상태를 센싱받아, 충전 제어부(120)로 전달하게 된다.
밸런싱 판단 단계(S200)는 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)에서, 상기 셀 센싱 단계(S100)에 의해 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여, 셀 밸런싱의 필요 여부를 판단할 수 있다.
밸런싱 판단 단계(S200)는 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여, 특정 배터리 셀이 주변 배터리 셀에 비해 현재 전압 조건이 낮을 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하게 된다.
밸런싱 판단 단계(S200)에서의 셀 밸런싱 필요 여부 판단 결과에 따라, 셀 밸런싱이 필요하다고 판단될 경우, 저전압 충전 단계(S300)를 수행하고, 셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단될 경우, 고전압 충전 단계(S400)를 수행하게 된다.
저전압 충전 단계(S300)는 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)에서, 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여, 특정 배터리 셀이 주변 배터리 셀에 비해 현재 전압 조건이 낮을 경우 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하여, 저전압 충전이 이루어지도록 충전기로 제어 신호를 인가하여 충전기의 충전 전류를 미리 설정된 수준으로 완화 조절하고, 전류 분배부(200)로 저전압 충전 전류의 경로 제어 신호를 전달하게 된다.
전류 분배부(200)는 저전압 충전 전류의 경로 제어 신호가 전달될 경우, 미리 설정된 수준으로 완화된 충전 전류를 셀 센싱부(110)로 인가시켜, 셀 센싱부(110)를 통해서 주변 배터리 셀에 비해 현재 전압 조건이 낮은 특정 배터리 셀에만 충전 전류를 인가하게 된다.
이 때, 셀 센싱부(110)는 특정 배터리 셀의 정보를 충전 제어부(120)에서 분석한 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 충전 전류의 완화를 위한 미리 설정된 수준이란, 0.x C-rate 인 것이 바람직하며, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
고전압 충전 단계(S400)는 배터리 관리 장치(100)의 충전 제어부(120)에서, 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여, 셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단될 경우, 고전압 충전이 이루어지도록 충전기와 전류 분배부(200)로 고전압 충전 전류의 경로 제어 신호를 전달하게 된다.
상기 고전압 충전 단계(S400)에 의해서 충전기는 급속 또는 완속 조건의 충전 전류를 인가하며, 상기 전류 분배부(200)의 충전 전류의 경로 제어에 따라 충전기의 충전 전류가 배터리 팩의 고전압 라인을 통해 직접 인가되도록 함으로써, 전체 배터리 팩 충전을 시작하게 된다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법은 저전압 충전 단계(S300)를 통해서 셀 밸런싱을 시작한 후, 무조건 고전압 충전 단계(S400)를 통해서 전체 배터리 팩의 충전을 수행하는 것이 아니라, 저전압 충전 단계(S300)를 시작하고 난 후, 미리 설정된 시간이 지난 후 셀 센싱 단계(S100)와 밸런싱 판단 단계(S200)를 재수행하여, 셀 밸런싱의 완료 여부를 판단하고, 완료되었을 경우, 전체 배터리 팩 충전을 시작하게 된다.
여기서, 미리 설정된 시간이란 현재 배터리 셀의 온도별, SOC별, 밸런싱 동작에 의한 충전 시간별 복귀(retention) 전압을 기반으로, 배터리 셀의 전압이 안정되는 시간을 의미한다.
이를 통해서, 저전압 충전 단계(S300)를 통해 특정 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 동작을 수행한 후, 미리 설정된 시간이 지난 후, 셀 밸런싱 동작이 제대로 수행되었는지 판단할 수 있으며, 셀 밸런싱 동작이 완료되었음이 확인될 경우, 저전압 충전 동작에서 고전압 충전 동작으로 충전 전류의 흐름을 변경하여 고전압 충전 단계(S400)를 수행함으로써, 전체 배터리 팩의 충전이 이루어지도록 제어할 수 있다.
즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치 및 셀 밸런싱 방법은, 전기차 충전 시 충전기의 충전 전류의 흐름을 제어하여 저전류의 셀 밸런싱을 통해 배터리의 밸런싱을 맞춘 후 고전류 라인을 통해 전체 배터리 팩을 충전함으로써, 충전 효과를 극대화할 수 있으며, 배터리 관리 장치의 피로 누적을 피할 수 있어 불필요한 수명 단축을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 배터리 관리 장치
110 : 셀 센싱부 120 : 충전 제어부
200 : 전류 분배부

Claims (12)

  1. 배터리 팩에 포함된 복수 개의 배터리 셀들과 각각 연결되어, 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 센싱하는 셀 센싱부;
    상기 셀 센싱부와 연결되어 각각의 배터리 셀의 전압 상태에 따라, 충전 전류 흐름을 제어하는 충전 제어부; 및
    상기 충전 제어부의 제어 신호에 따라, 충전기로부터 인가되는 충전 전류의 경로를 제어하는 전류 분배부;
    를 포함하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    상기 셀 센싱부로부터 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 분석하여 셀 밸런싱의 필요 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    셀 밸런싱의 필요 여부 판단 결과에 따라, 셀 밸런싱이 필요할 경우, 저전압 충전이 이루어지도록 충전기를 제어하고, 상기 셀 센싱부로 충전 전류가 인가되도록 상기 전류 분배부를 제어하는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 셀 센싱부는
    충전 전류가 인가될 경우, 상기 충전 제어부에서 분석한 셀 전압 상태를 이용하여 셀 밸런싱이 필요한 특정 배터리 셀로 충전 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 셀 센싱부는
    충전 전류가 인가될 경우, 상기 충전 제어부에서 분석한 셀 전압 상태를 이용하여 셀 밸런싱이 필요한 특정 배터리 셀로 충전 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    저전압 충전이 시작되고 기설정된 시간이 지난 후, 상기 셀 센싱부로부터 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 다시 전달받는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    기설정된 시간이 지난 후, 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 이용하여 셀 밸런싱의 필요 여부를 다시 판단하는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    기설정된 시간이 지난 후, 전달받은 각각의 배터리 셀의 전압 상태를 이용하여 셀 밸런싱의 필요 여부를 다시 판단하는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 밸런싱 판단 단계에서의 셀 밸런싱 필요 여부 판단 결과에 따라, 셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단될 경우, 고전압 충전이 이루어지도록 충전기 및 전류 분배부를 제어하는 고전압 충전 단계;
    를 더 포함하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 저전압 충전 단계는
    충전기를 제어하여 충전 전류를 기설정된 수준으로 완화하는 제 1 충전기 제어 단계;와,
    상기 제 1 충전기 제어 단계에 의해 완화된 충전 전류가 셀 밸런싱이 필요한 특정 배터리 셀로 인가되도록 충전 전류의 경로를 제어하는 제 1 전류 경로 제어 단계;
    를 포함하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 고전압 충전 단계는
    충전 전류가 상기 배터리 팩의 고전압 라인으로 인가되도록 충전 전류의 경로를 제어하는 제 2 전류 경로 제어 단계;
    를 포함하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법은
    상기 저전압 충전 단계가 시작된 후,
    기설정된 시간이 지난 후, 상기 셀 센싱 단계와 밸런싱 판단 단계를 재수행하는 것을 특징으로 하는 충전 전류를 이용한 셀 밸런싱 방법.
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