KR20190037883A - 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 직렬 연결된 배터리 셀들 각각의 누설 전류를 측정하기 위한 션트 저항들, 상기 션트 저항들의 각각의 일단과 제 1 노드 사이에 연결된 제 1 스위치들을 갖는 제 1 멀티플렉서, 상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 스위치들을 갖는 제 2 멀티플렉서, 상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 3 노드 사이에 연결된 제 3 스위치들을 갖는 제 3 멀티플렉서, 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결된 밸런스 저항, 상기 제 1 노드의 전압과 상기 제 2 노드의 전압을 비교하고 제 1 아날로그 신호를 출력하는 제 1 비교기, 및 상기 제 2 노드의 전압과 상기 제 3 노드의 전압을 비교하고 제 2 아날로그 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC(integrated circuit)의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 요구된다.
본 발명의 목적은 원가 절감을 가능하게 하는 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 직렬 연결된 배터리 셀들 각각의 누설 전류를 측정하기 위한 션트 저항들; 상기 션트 저항들의 각각의 일단과 제 1 노드 사이에 연결된 제 1 스위치들을 갖는 제 1 멀티플렉서; 상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 스위치들을 갖는 제 2 멀티플렉서; 상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 3 노드 사이에 연결된 제 3 스위치들을 갖는 제 3 멀티플렉서; 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결된 밸런스 저항; 상기 제 1 노드의 전압과 상기 제 2 노드의 전압을 비교하고 제 1 아날로그 신호를 출력하는 제 1 비교기; 및 상기 제 2 노드의 전압과 상기 제 3 노드의 전압을 비교하고 제 2 아날로그 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀의 누설 전류를 측정하기 위하여, 상기 션트 저항들 중에서 상기 어느 하나의 배터리 셀의 양전압단에 연결된 션트 저항의 일단과 상기 제 1 노드를 연결하도록 상기 제 1 스위치들을 제어하고, 상기 션트 저항의 타단과 상기 제 2 노드를 연결하도록 상기 제 2 스위치들을 제어할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 어느 하나의 배터리 셀에 대한 누설 전류를 측정한 후에 상기 제 1 및 제 2 스위치들을 오프 시킬 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작을 수행하기 위하여, 상기 션트 저항들 중에서 상기 어느 하나의 배터리 셀의 양전압단에 연결된 제 1 션트 저항의 타단과 상기 제 2 노드를 연결하도록 상기 제 2 스위치들을 제어하고, 상기 션트 저항들 중에서 상기 어느 하나의 배터리 셀의 음전압단에 연결된 제 2 션트 저항의 타단과 상기 제 3 노드를 연결하도록 상기 제 3 스위치들을 제어할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 어느 하나의 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작을 수행한 후에 상기 제 2 및 제 3 스위치들을 오프 시킬 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 비교기로부터 출력되는 상기 제 1 아날로그 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 제 1 아날로그 디지털 변환기; 및 상기 제 2 비교기로부터 출력된 상기 제 2 아날로그 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 제 2 아날로그 디지털 변환기를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 디지털 신호를 수신하고 상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀의 누설 전류를 계산하거나, 상기 제 2 디지털 신호를 수신하고 상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작 여부를 결정하는 마이컴을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 마이컴은 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작 방법은: 배터리 셀들의 각각에 연결된 션트 저항들이 하나의 밸런스 저항을 공유하기 위한 멀티플렉서들의 스위치들을 제어함으로써 상기 배터리 셀들의 각각의 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계; 상기 배터리 셀들 중에서 적어도 하나에 대한 밸런싱 동작이 필요한 지를 판별하는 단계; 상기 밸런싱 동작이 필요한 배터리 셀에 상기 밸런스 저항을 연결하도록 상기 멀티플렉서들의 상기 스위치들을 제어함으로써 셀 채널을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 셀 채널에 연결된 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 멀티플렉서들은, 상기 션트 저항들의 각각의 일단과 제 1 노드 사이에 연결된 제 1 스위치들을 갖는 제 1 멀티플렉서; 상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 스위치들을 갖는 제 2 멀티플렉서; 및 상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 3 노드 사이에 연결된 제 3 스위치들을 갖는 제 3 멀티플렉서를 포함하고, 상기 밸런스 저항은 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계는, 상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀의 양전압단에 연결된 제 1 션트 저항의 일단을 상기 제 1 노드에 연결하도록 상기 제 1 스위치들 중에서 어느 하나의 스위치를 온 시키는 단계; 상기 제 1 션트 저항의 타단을 상기 제 2 노드에 연결하도록 상기 제 2 스위치들 중에서 어느 하나의 스위치를 온 시키는 단계; 및 상기 제 1 노드의 전압과 상기 제 2 노드의 전압을 비교함으로써 상기 어느 하나의 배터리 셀의 누설 전류를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계는, 상기 어느 하나의 제 1 스위치를 오프시키는 단계; 상기 어느 하나의 배터리 셀의 음전압단에 연결된 제 2 션트 저항의 타단을 상기 제 3 노드에 연결하도록 상기 제 3 스위치들 중에서 어느 하나의 스위치를 온 시키는 단계; 및 상기 제 2 노드의 전압과 상기 제 3 노드의 전압을 비교함으로써 상기 어느 하나의 배터리 셀의 셀 전압을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 셀 전압을 확인하는 단계 이후에 상기 제 1, 제 2, 제 3 스위치들을 오프 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 밸런싱 동작이 필요하지 않을 때, 상기 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계가 진행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 멀티 플렉서들을 통하여 공유된 하나의 밸런싱 저항을 이용하여 누설 전류를 측정하면서 동시에 밸런싱을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 각 배터리 셀의 누설전류를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 누설 전류, 센싱, 밸런싱회로를 통합하고 부품을 공용하여 사용함으로써 원가 절감을 꾀할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 누설 전류/셀 전압 측정하는 단계를 좀 더 자세하게 보여주는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 누설 전류/셀 전압 측정하는 단계를 좀 더 자세하게 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 팩(200)의 배터리 셀들(BC1 ~ BC4)의 양단 전압을 모니터링하고 셀 밸런싱을 수행하도록 구현될 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 배터리 팩(200)의 배터리 셀들(BC1 ~ BC4)의 개수는 4이지만, 본 발명이 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. 실시 예에 있어서, 배터리 팩(200)은 리튬이온(lithium-ion) 배터리로 구현될 수 있다. 하지만, 본 발명의 배터리가 리튬이온 배터리에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.
도 1을 다시 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은 복수의 션트 저항들(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5), 하나의 밸런스 저항(Rb), 제 1 멀티플렉서(110), 제 2 멀티플렉서(120), 제 3 멀티플렉서(130), 제 1 비교기(141), 제 2 비교기(142), 제 1 아날로그 디지털 변환기(ADC1), 및 제 2 아날로그 디지털 변환기(ADC2)를 포함할 수 있다.
션트 저항들(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5)의 각각은 배터리 셀들(BC1 ~ BC2)의 각각의 양전압단(+) 혹은 음전압단(-)에 연결될 수 있다. 션트 저항들(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5)의 각각은 대응하는 배터리 셀에 흐르는 누설 전류를 측정하기 위한 저항이다.
밸런스 저항(Rb)은 제 2 노드(N2)와 제 3 노드(N3) 연결될 수 있다. 밸런스 저항(Rb)은 배터리 셀들(BC1, BC2, BC3, BC4)의 각각의 셀 밸런싱을 수행하기 위한 저항이다.
제 1 멀티플렉서(110)는 복수의 제 1 스위치들(SW1-1, SW1-2, SW1-3, SW1-4, SW1-5)을 포함할 수 있다. 제 1 스위치들(SW1-1, SW1-2, SW1-3, SW1-4, SW1-5)의 각각은 대응하는 션트 저항(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5)의 일단과 제 1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제 1 멀티플렉서(110)는 각 배터리 셀(BC1 ~ BC4)의 입력단에 가장 가까운 노드에 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 스위치들(SW1-1, SW1-2, SW1-3, SW1-4, SW1-5)의 온/오프 제어는 스위치 제어 회로(도시되지 않음. '마이컴' 일 수 있음)에 의해 결정될 수 있다.
제 2 멀티플렉서(120)는 복수의 제 2 스위치들(SW2-1, SW2-2, SW2-3, SW2-4, SW2-5)을 포함할 수 있다. 제 2 스위치들(SW2-1, SW2-2, SW2-3, SW2-4, SW2-5)의 각각은 대응하는 션트 저항(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5)의 타단과 제 2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제 2 멀티플렉서(120)는 각 션트 저항(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5)을 거친 노드에서 분기될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 2 스위치들(SW2-1, SW2-2, SW2-3, SW2-4, SW2-5)의 온/오프 제어는 스위치 제어 회로에 의해 결정될 수 있다.
제 3 멀티플렉서(130)는 복수의 제 3 스위치들(SW3-1, SW3-2, SW3-3, SW3-4, SW3-5)을 포함할 수 있다. 제 3 스위치들(SW3-1, SW3-2, SW3-3, SW3-4, SW3-5)의 각각은 대응하는 션트 저항(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5)의 타단과 제 3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다. 여기서 제 3 스위치들(SW3-1, SW3-2, SW3-3, SW3-4, SW3-5)의 온/오프 제어는 스위치 제어 회로에 의해 결정될 수 있다.
제 1 비교기(141)는 제 1 노드(N1)의 전압과 제 2 노드(N2)의 전압을 비교하고, 비교 결과에 대응하는 값을 출력하도록 구현될 수 있다.
실시 예에 있어서, 제 1 멀티플렉서(110)의 제 1 스위치들(SW1-1, SW1-2, SW1-3, SW1-4, SW1-5)와 제 2 멀티플렉서(120)의 제 2 스위치들(SW2-1, SW2-2, SW2-3, SW2-4, SW2-5)을 적절하게 제어함으로써, 제 1 비교기(141)는 각 션트 저항(Rs1, Rs2, Rs3, Rs4, Rs5)의 양단에 인가된 전압을 출력할 수 있다.
제 2 비교기(142)는 제 2 노드(N1)의 전압과 제 3 노드(N3)의 전압을 비교하고, 비교 결과에 대응하는 값을 출력하도록 구현될 수 있다.
실시 예에 있어서, 제 2 멀티플렉서(120)의 제 2 스위치들(SW2-1, SW2-2, SW2-3, SW2-4, SW2-5)와 제 3 멀티플렉서(130)의 제 3 스위치들(SW3-1, SW3-2, SW3-3, SW3-4, SW3-5)을 적절하게 제어함으로써, 제 2 비교기(142)는 각 배터리 셀(BC1, BC2, BC3, BC4)의 양단에 인가된 전압을 출력할 수 있다.
제 1 아날로그 디지털 변환기(ADC1)는 제 1 비교기(141)로부터 출력되는 제 1 아날로그 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하도록 구현될 수 있다. 이후 변환된 제 1 디지털 신호는 연산을 위하여 마이컴(MICOM)으로 전송될 수 있다.
제 2 아날로그 디지털 변환기(ADC2)는 제 2 비교기(142)로부터 출력되는 제 2 아날로그 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하도록 구현될 수 있다. 이후 변환된 제 2 디지털 신호는 연산을 위하여 마이컴으로 전송될 수 있다.
한편, BMS(100)는 배터리 팩(200)의 배터리 셀들(BC1 ~ BC4)의 각각에 연결되고, 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링 하거나, 주행 가능 거리 예측을 위한 배터리 용량(SOC, state of charge)를 계산하거나, 배터리 교체를 위한 노화 수명 예측(SOH, state of health estimation)하거나, 배터리 시스템의 안전 운영을 위한 경보 및 사전 안전 예방 조치(protection)을 수행하거나, 배터리 시스템 진단 기능(diagnosis)을 수행하거나, 냉각팬 제어를 통해 배터리 최적 온도를 유지하도록 구현될 수 있다. 또한, BMS(100)는 마이컴, 및 릴레이 제어 회로 등을 포함할 수 있다.
마이컴은 BMS(100)의 전체적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 마이컴은 마이크로콘트롤러(microcontroller, MCU)를 포함할 수 있다.
또한, 마이컴은 디지털 신호들을 수신하고, 수신된 결과값, 주행 상태, 배터리 전체 전압, 모터 제어 유무 등 이용하여 배터리 고장을 종합적으로 진단하고, 진단 결과에 따라 셀 밸런싱 동작 혹은 배터리 전압 공급을 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이컴은 과전압(over voltage), 저전압(under voltage), 고온(over temperature), 과전류(over current), 저전류(under current), 오픈 로드(open load) 등을 알고리즘(소프트웨어/펌웨어)에 의거하여 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 멀티 플렉서들(110, 120, 130)을 통하여 공유된 하나의 밸런싱 저항(Rb)을 이용하여 누설 전류를 측정하면서 동시에 밸런싱을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 각 배터리 셀의 누설전류를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 누설 전류, 센싱, 밸런싱회로를 통합하고 부품을 공용하여 사용함으로써 원가 절감을 꾀할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 셀 밸런싱이 정상적으로 수행되고 있는지 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하며, 배터리 관리 시스템(100)은 아래와 같이 누설 전류를 감지 및 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
제 1, 제 2, 및 제 3 멀티플렉서들(110, 120, 130)의 스위치들을 적절하게 제어함으로써, 배터리 셀들(BC1 ~ BC4)의 각각의 누설 전류 및 전압이 측정될 수 있다(S100). 마이컴은 누설 전류 및 전압에 근거로 하여 대응하는 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작이 필요한 지를 판별할 수 있다(S200)
만일, 밸런싱 동작이 필요하지 않는다면, S100 단계가 진행될 것이다. 반면에 밸런싱 동작이 필요하다면, 제 1, 제 2, 및 제 3 멀티플렉서들(110, 120, 130)의 스위치들을 제어함으로써 밸런싱 동작이 필요한 배터리 셀에 대응하는 셀 채널이 선택될 수 있다(S210). 이후 선택된 셀 채널에 연결된 배터리 셀에 밸런싱 동작이 수행되고, 밸런싱 동작이 정상적으로 수행되었는 지가 판별될 수 있다(S220). 이후 밸런싱 동작이 종료될 수 있다(S230). 밸런싱 동작이 종료된 후, 제 1, 제 2, 및 제 3 멀티플렉서들(110, 120, 130)의 모든 스위치들은 오프 될 수 있다(S240).
도 3은 도 2에 도시된 누설 전류/셀 전압 측정하는 단계(S100)을 좀 더 자세하게 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 누설 전류/셀 전압 측정하는 단계는 아래와 같이 진행될 수 있다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 배터리팩(200)의 4개의 배터리 셀들(BC1, BC2, BC3, BC4)에 대한 누설 전류 측정 및 셀 전압 측정 과정이 개시될 것이다.
제 1 배터리 셀(BC1)의 누설 전류가 다음과 같이 측정될 수 있다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 1 스위치(SW1-1)이 온 되고(S111), 제 2 멀티플렉서(120)의 제 1 스위치(SW2-1)이 온 될 것이다(S112). 제 1 비교기(141)는 제 1 션트 저항(Rs1)에 흐르는 누설 전압을 측정하고, 측정된 누설 전압에 대응하는 제 1 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 1 아날로그 디지털 변환기(ADC1)는 제 1 아날로그 신호에 대응하는 제 1 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 1 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 1 디지털 신호를 분석함으로써 제 1 배터리 셀(BC1)의 누설 여부를 판별할 수 있다(S113).
이후, 제 1 배터리 셀(BC1)의 양단 전압이 측정될 것이다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 1 스위치(SW1-1)가 오프 되고(S114), 제 3 멀티플렉서(130)의 제 2 스위치(SW3-2)가 온 될 것이다(S115). 제 2 비교기(142)는 제 1 배터리 셀(BC1)의 셀 전압을 측정하고, 측정된 셀 전압에 대응하는 제 2 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 2 아날로그 디지털 변환기(ADC2)는 제 2 아날로그 신호에 대응하는 제 2 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 2 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 2 디지털 신호를 분석함으로써 제 1 배터리 셀(BC1)의 전압을 판별할 수 있다(S116). 이후, 제 1, 제 2, 및 제 3 멀티플렉서들(110, 120, 130)의 모든 스위치들은 오프 될 수 있다(S117).
이후, 제 2 배터리 셀(BC2)의 누설 전류가 다음과 같이 측정될 수 있다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 2 스위치(SW1-2)이 온 되고(S121), 제 2 멀티플렉서(120)의 제 2 스위치(SW2-2)이 온 될 것이다(S122). 제 1 비교기(141)는 제 2 션트 저항(Rs2)에 흐르는 누설 전압을 측정하고, 측정된 누설 전압에 대응하는 제 1 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 1 아날로그 디지털 변환기(ADC1)는 제 1 아날로그 신호에 대응하는 제 1 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 1 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 1 디지털 신호를 분석함으로써 제 2 배터리 셀(BC2)의 누설 여부를 판별할 수 있다(S123).
이후, 제 2 배터리 셀(BC2)의 양단 전압이 측정될 것이다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 2 스위치(SW1-2)가 오프 되고(S124), 제 3 멀티플렉서(130)의 제 3 스위치(SW3-3)가 온 될 것이다(S125). 제 2 비교기(142)는 제 2 배터리 셀(BC2)의 셀 전압을 측정하고, 측정된 셀 전압에 대응하는 제 2 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 2 아날로그 디지털 변환기(ADC2)는 제 2 아날로그 신호에 대응하는 제 2 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 2 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 2 디지털 신호를 분석함으로써 제 2 배터리 셀(BC2)의 전압을 판별할 수 있다(S126). 이후, 제 1, 제 2, 및 제 3 멀티플렉서들(110, 120, 130)의 모든 스위치들은 오프 될 수 있다(S127).
이후, 제 3 배터리 셀(BC3)의 누설 전류가 다음과 같이 측정될 수 있다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 3 스위치(SW1-3)이 온 되고(S131), 제 2 멀티플렉서(120)의 제 3 스위치(SW2-3)이 온 될 것이다(S132). 제 1 비교기(141)는 제 3 션트 저항(Rs3)에 흐르는 누설 전압을 측정하고, 측정된 누설 전압에 대응하는 제 1 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 1 아날로그 디지털 변환기(ADC1)는 제 1 아날로그 신호에 대응하는 제 1 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 1 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 1 디지털 신호를 분석함으로써 제 3 배터리 셀(BC3)의 누설 여부를 판별할 수 있다(S133).
이후, 제 3 배터리 셀(BC3)의 양단 전압이 측정될 것이다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 3 스위치(SW1-3)가 오프 되고(S134), 제 3 멀티플렉서(130)의 제 4 스위치(SW3-4)가 온 될 것이다(S135). 제 2 비교기(142)는 제 3 배터리 셀(BC2)의 셀 전압을 측정하고, 측정된 셀 전압에 대응하는 제 2 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 2 아날로그 디지털 변환기(ADC2)는 제 2 아날로그 신호에 대응하는 제 2 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 2 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 2 디지털 신호를 분석함으로써 제 3 배터리 셀(BC3)의 전압을 판별할 수 있다(S136). 이후, 제 1, 제 2, 및 제 3 멀티플렉서들(110, 120, 130)의 모든 스위치들은 오프 될 수 있다(S137).
이후, 제 4 배터리 셀(BC4)의 누설 전류가 다음과 같이 측정될 수 있다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 4 스위치(SW1-4)이 온 되고(S141), 제 2 멀티플렉서(120)의 제 4 스위치(SW2-4)이 온 될 것이다(S142). 제 1 비교기(141)는 제 4 션트 저항(Rs4)에 흐르는 누설 전압을 측정하고, 측정된 누설 전압에 대응하는 제 1 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 1 아날로그 디지털 변환기(ADC1)는 제 1 아날로그 신호에 대응하는 제 1 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 1 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 1 디지털 신호를 분석함으로써 제 4 배터리 셀(BC4)의 누설 여부를 판별할 수 있다(S143).
이후, 제 4 배터리 셀(BC4)의 양단 전압이 측정될 것이다. 제 1 멀티플렉서(110)의 제 4 스위치(SW1-4)가 오프 되고(S144), 제 3 멀티플렉서(130)의 제 5 스위치(SW3-5)가 온 될 것이다(S155). 제 2 비교기(142)는 제 3 배터리 셀(BC2)의 셀 전압을 측정하고, 측정된 셀 전압에 대응하는 제 2 아날로그 신호를 출력할 것이다. 제 2 아날로그 디지털 변환기(ADC2)는 제 2 아날로그 신호에 대응하는 제 2 디지털 신호를 변환하고, 변환된 제 2 디지털 신호를 마이컴으로 전송할 수 있다. 마이컴은 전송된 제 2 디지털 신호를 분석함으로써 제 4 배터리 셀(BC4)의 전압을 판별할 수 있다(S146). 이후, 제 1, 제 2, 및 제 3 멀티플렉서들(110, 120, 130)의 모든 스위치들은 오프 될 수 있다(S147).
상술된 바와 같이, 배터리 셀들(BC1 ~ BC4)에 대한 누설 전류/셀 전압 측정이 완료된 후, 도 2에 도시된 셀 밸런싱 동작을 위한 S200 단계가 진행될 수 있다;.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
일반적인 배터리 관리 시스템은 전압/밸런싱/전류 센싱 기능을 독립적으로 수행하는 별도의 회로로 구성되었다. 이로 인하여 구현 비용이 높았다. 반면에 본 발명의 배터리 관리 시스템(100)은 전압/밸런싱/전류 센싱 기능을 부품을 공용하는(비용이 비싼 밸런싱 저항을 공용) 통합 회로에 의해 수행함으로써 종래의 그것과 비교하여 상당한 원가 절감을 꾀할 수 있다. 본 발명의 배터리 관리 시스템은 12V 리튬이온 배터리를 관리하는데 적용될 수 있다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
100: 배터리 관리 시스템
200: 배터리 팩
110: 제 1 멀티플렉서
120: 제 2 멀티플렉서
130: 제 3 멀티플렉서
141: 제 1 비교기
142: 제 2 비교기
200: 배터리 팩
110: 제 1 멀티플렉서
120: 제 2 멀티플렉서
130: 제 3 멀티플렉서
141: 제 1 비교기
142: 제 2 비교기
Claims (14)
- 직렬 연결된 배터리 셀들 각각의 누설 전류를 측정하기 위한 션트 저항들;
상기 션트 저항들의 각각의 일단과 제 1 노드 사이에 연결된 제 1 스위치들을 갖는 제 1 멀티플렉서;
상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 스위치들을 갖는 제 2 멀티플렉서;
상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 3 노드 사이에 연결된 제 3 스위치들을 갖는 제 3 멀티플렉서;
상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결된 밸런스 저항;
상기 제 1 노드의 전압과 상기 제 2 노드의 전압을 비교하고 제 1 아날로그 신호를 출력하는 제 1 비교기; 및
상기 제 2 노드의 전압과 상기 제 3 노드의 전압을 비교하고 제 2 아날로그 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함하는 배터리 관리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀의 누설 전류를 측정하기 위하여, 상기 션트 저항들 중에서 상기 어느 하나의 배터리 셀의 양전압단에 연결된 션트 저항의 일단과 상기 제 1 노드를 연결하도록 상기 제 1 스위치들을 제어하고, 상기 션트 저항의 타단과 상기 제 2 노드를 연결하도록 상기 제 2 스위치들을 제어하는 배터리 관리 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 어느 하나의 배터리 셀에 대한 누설 전류를 측정한 후에 상기 제 1 및 제 2 스위치들을 오프시키는 배터리 관리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작을 수행하기 위하여, 상기 션트 저항들 중에서 상기 어느 하나의 배터리 셀의 양전압단에 연결된 제 1 션트 저항의 타단과 상기 제 2 노드를 연결하도록 상기 제 2 스위치들을 제어하고,
상기 션트 저항들 중에서 상기 어느 하나의 배터리 셀의 음전압단에 연결된 제 2 션트 저항의 타단과 상기 제 3 노드를 연결하도록 상기 제 3 스위치들을 제어하는 배터리 관리 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 어느 하나의 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작을 수행한 후에 상기 제 2 및 제 3 스위치들을 오프시키는 배터리 관리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 비교기로부터 출력되는 상기 제 1 아날로그 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 제 1 아날로그 디지털 변환기; 및
상기 제 2 비교기로부터 출력된 상기 제 2 아날로그 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 제 2 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 배터리 관리 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 디지털 신호를 수신하고 상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀의 누설 전류를 계산하거나, 상기 제 2 디지털 신호를 수신하고 상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작 여부를 결정하는 마이컴을 더 포함하는 배터리 관리 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 마이컴은 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 스위치들을 제어하는 배터리 관리 시스템. - 배터리 관리 시스템의 동작 방법에 있어서:
배터리 셀들의 각각에 연결된 션트 저항들이 하나의 밸런스 저항을 공유하기 위한 멀티플렉서들의 스위치들을 제어함으로써 상기 배터리 셀들의 각각의 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계;
상기 배터리 셀들 중에서 적어도 하나에 대한 밸런싱 동작이 필요한 지를 판별하는 단계;
상기 밸런싱 동작이 필요한 배터리 셀에 상기 밸런스 저항을 연결하도록 상기 멀티플렉서들의 상기 스위치들을 제어함으로써 셀 채널을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 셀 채널에 연결된 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작을 수행하는 단계를 포함하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 멀티플렉서들은,
상기 션트 저항들의 각각의 일단과 제 1 노드 사이에 연결된 제 1 스위치들을 갖는 제 1 멀티플렉서;
상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 스위치들을 갖는 제 2 멀티플렉서; 및
상기 션트 저항들의 각각의 타단과 제 3 노드 사이에 연결된 제 3 스위치들을 갖는 제 3 멀티플렉서를 포함하고,
상기 밸런스 저항은 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결되는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계는,
상기 배터리 셀들 중에서 어느 하나의 배터리 셀의 양전압단에 연결된 제 1 션트 저항의 일단을 상기 제 1 노드에 연결하도록 상기 제 1 스위치들 중에서 어느 하나의 스위치를 온 시키는 단계;
상기 제 1 션트 저항의 타단을 상기 제 2 노드에 연결하도록 상기 제 2 스위치들 중에서 어느 하나의 스위치를 온 시키는 단계; 및
상기 제 1 노드의 전압과 상기 제 2 노드의 전압을 비교함으로써 상기 어느 하나의 배터리 셀의 누설 전류를 확인하는 단계를 포함하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계는,
상기 어느 하나의 제 1 스위치를 오프시키는 단계;
상기 어느 하나의 배터리 셀의 음전압단에 연결된 제 2 션트 저항의 타단을 상기 제 3 노드에 연결하도록 상기 제 3 스위치들 중에서 어느 하나의 스위치를 온 시키는 단계; 및
상기 제 2 노드의 전압과 상기 제 3 노드의 전압을 비교함으로써 상기 어느 하나의 배터리 셀의 셀 전압을 확인하는 단계를 포함하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 셀 전압을 확인하는 단계 이후에 상기 제 1, 제 2, 제 3 스위치들을 오프 시키는 단계를 더 포함하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 밸런싱 동작이 필요하지 않을 때 상기 누설 전류 및 셀 전압을 측정하는 단계가 진행되는 방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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