KR20190047601A - 배터리 밸런싱을 위한 장치 및 그것을 포함하는 배터리팩 - Google Patents

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Abstract

배터리 밸런싱을 위한 장치 및 상기 장치를 포함하는 배터리팩이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 검출하는 모니터링부; 제1 공통 노드 및 제2 공통 노드의 사이에 연결된 제1 공용 저항 소자 및 스위칭 모듈을 포함하는 밸런싱부; 및 상기 모니터링부 및 상기 스위칭 모듈에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 스위칭 모듈은, 상기 각 배터리 셀의 양극 단자를 상기 제1 공통 노드에 선택적으로 연결하고, 상기 각 배터리 셀의 음극 단자를 상기 제2 공통 노드에 선택적으로 연결하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 기초로, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나를 포함하는 밸런싱 대상을 결정한 다음, 상기 제1 공용 저항 소자와 상기 밸런싱 대상 간의 전류 경로가 형성되도록 상기 스위칭 모듈을 제어하도록 구성된다.

Description

배터리 밸런싱을 위한 장치 및 그것을 포함하는 배터리팩{Apparatus for battery balancing and battery pack including the same}
본 발명은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 밸런싱하기 위한 장치 및 상기 장치를 포함하는 배터리팩에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 10월 27일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0141282호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 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 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
최근 전기 자동차 등에서 고출력이 요구됨에 따라, 이에 탑재되는 배터리팩에는 복수의 배터리 모듈이 포함되고, 각 배터리 모듈에는 서로 직렬 연결된 복수의 배터리 셀이 포함되는 것이 일반적이다. 그런데, 배터리 셀들은 완벽하게 동일한 특성을 가질 수는 없기 때문에, 배터리팩의 충방전이 반복될수록 배터리 셀들 간의 충전 상태에 불균형이 발생할 수 밖에 없다. 이러한 불균형을 억제하기 않고 계속적으로 배터리팩의 충방전을 반복할 경우, 배터리팩의 가용 용량이 감소할 뿐만 아니라, 이에 포함된 배터리 셀들의 퇴화가 가속화된다.
위와 같은 문제를 해결하기 위한 종래기술로서의 특허문헌 1은, 배터리 셀들 중에서 상대적으로 높은 충전 상태를 가지는 것을 강제적으로 방전시킴으로써 배터리 셀들 사이의 충전 상태를 균일화한다. 그러나, 특허문헌 1의 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀과 동일한 개수의 저항 소자를 포함하는 밸런싱 회로가 필수적으로 요구되므로, 배터리팩의 전체적인 사이즈가 커질 수 밖에 없다. 또한, 복수의 배터리 셀들에 대한 밸런싱이 동시에 수행될 때 많은 열이 급격하게 방출되는 상황에 대비하여 배터리팩 내에 방열 구조를 추가하는 것이 바람직하지만, 공간적인 제약이 따르게 된다.
(특허문헌 1)대한민국 공개특허공보 제10-2015-0089627호(공개일자: 2015년 08월 05일)
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배티리팩에 포함된 배터리 셀의 개수보다 적은 개수의 저항 소자를 이용하여 복수의 배터리 셀 중 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 방전시킬 수 있는 장치 및 상기 장치를 포함하는 배터리팩을 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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 복수의 배터리 셀을 밸런싱하기 위한 장치는, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 검출하는 모니터링부; 제1 공통 노드 및 제2 공통 노드의 사이에 연결된 제1 공용 저항 소자 및 스위칭 모듈을 포함하는 밸런싱부; 및 상기 모니터링부 및 상기 스위칭 모듈에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 스위칭 모듈은, 상기 각 배터리 셀의 양극 단자를 상기 제1 공통 노드에 선택적으로 연결하고, 상기 각 배터리 셀의 음극 단자를 상기 제2 공통 노드에 선택적으로 연결하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 기초로, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나를 포함하는 밸런싱 대상을 결정한 다음, 상기 제1 공용 저항 소자와 상기 밸런싱 대상 간의 전류 경로가 형성되도록 상기 스위칭 모듈을 제어하도록 구성된다.
상기 스위칭 모듈은, 상기 각 배터리 셀의 양극 단자와 상기 제1 공통 노드의 사이에 설치되는 복수의 양극 스위칭 소자를 포함하는 제1 스위칭 회로; 및 상기 각 배터리 셀의 음극 단자와 상기 제2 공통 노드의 사이에 설치되는 복수의 음극 스위칭 소자를 포함하는 제2 스위칭 회로를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나를 상기 밸런싱 대상으로 결정 시, 상기 복수의 양극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 양극 단자에 연결된 어느 하나의 양극 스위칭 소자 및 상기 복수의 음극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 음극 단자에 연결된 어느 하나의 양극 스위칭 소자를 턴 온시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 중 서로 인접한 둘 이상의 배터리 셀을 상기 밸런싱 대상으로 결정 시, 상기 복수의 양극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 최고 전위 전극에 연결된 어느 하나의 양극 스위칭 소자 및 상기 복수의 음극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 최저 전위 전극에 연결된 어느 하나의 음극 스위칭 소자를 턴 온시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 기초로, 상기 복수의 배터리 셀의 충전 상태를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 밸런싱 대상은, 상기 복수의 배터리 셀 중 최대 충전 상태를 가지는 배터리 셀을 포함할 수 있다.
상기 밸런싱 대상은, 상기 최대 충전 상태를 가지는 배터리 셀에 인접하게 연결된 다른 배터리 셀을 더 포함할 수 있다. 상기 다른 배터리 셀의 충전 상태는, 상기 복수의 배터리 셀의 최소 충전 상태보다 클 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 공용 저항 소자의 저항 및 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 기초로, 상기 밸런싱 대상에 포함 가능한 배터리 셀의 최대 개수를 결정할 수 있다.
상기 밸런싱부는, 상기 제1 공통 노드와 상기 제2 공통 노드 사이에서 상기 제1 공용 저항 소자에 직렬 연결되는 제1 선택 스위치; 상기 제1 공용 저항 소자의 저항보다 작은 저항을 가지는 제2 공용 저항 소자; 및 상기 제1 공통 노드와 상기 제2 공통 노드 사이에서 상기 제2 공용 저항 소자에 직렬 연결되는 제2 선택 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 밸런싱 대상의 전압과 상기 복수의 배터리 셀의 최소 전압 간의 차이를 기초로, 상기 제1 선택 스위치 및 상기 제2 선택 스위치를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 밸런싱 대상의 전압과 상기 최소 전압 간의 차이가 제1 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제1 선택 스위치를 턴 온시키고 상기 제2 선택 스위치를 턴 오프시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 밸런싱 대상의 전압과 상기 최소 전압 간의 차이가 상기 제1 임계 전압 이하인 경우, 상기 제1 선택 스위치를 턴 오프시키고 상기 제2 선택 스위치를 턴 온시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리팩은, 상기 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배티리팩에 포함된 배터리 셀의 개수보다 적은 개수의 저항 소자를 이용하여 복수의 배터리 셀 중 어느 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 방전시킬 수 있다. 이에 따라, 각 배터리 셀마다 적어도 하나의 저항 소자가 요구되는 종래 기술에 비하여, 배터리팩의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 배터리 셀의 전압에 기초하여, 동시에 밸런싱하는 배터리 셀의 개수를 제한함으로써, 배터리팩 내에 방열 구조를 추가하지 않고도 밸런싱에 의한 과열을 억제할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 복수의 배터리 셀의 전압을 측정한 결과를 예시적으로 보여주는 제1 테이블이다.
도 3은 도 2의 제1 테이블에 기초한 밸런싱 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 복수의 배터리 셀의 전압을 측정한 결과를 예시적으로 보여주는 제2 테이블이다.
도 5는 도 4의 제2 테이블에 기초한 밸런싱 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은 배터리 모듈(20) 및 장치(100)를 포함한다.
배터리 모듈(20)은, 서로 직렬 접속된 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)을 포함한다. 도면부호로서 사용된 기호 n은, 2 이상의 정수로서, 배터리 셀(Cell)의 총 개수를 나타낸다. 장치(100)는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 간의 충전 상태를 밸런싱하도록 구성된다.
장치(100)는, 모니터링부(110), 밸런싱부(BU) 및 제어부(130)를 포함한다.
모니터링부(110)는, 전압 검출 회로를 포함하고, 선택적으로 온도 검출 회로를 더 포함할 수 있다. 전압 검출 회로는, 적어도 하나의 전압 센서를 포함할 수 있다. 전압 검출 회로는, 배터리 모듈(20)에 포함된 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 각각의 양극 단자와 음극 단자에 센싱 라인을 통해 전기적으로 연결됨으로써, 각 배터리 셀(Cell)의 전압을 소정 주기마다 검출하고, 검출된 전압을 나타내는 전압 신호를 제어부(130)에게 전송할 수 있다.
밸런싱부(BU)는, 공용 저항 소자(R1) 및 스위칭 모듈(SM)을 포함한다. 공용 저항 소자(R1)는, 미리 정해진 저항(resistance)을 가질 수 있다. 공용 저항 소자(R1)는, 제1 공통 노드(N1) 및 제2 공통 노드(N2)의 사이에 연결된다. 즉, 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드와 제2 엔드는 각각 제1 공통 노드(N1) 및 제2 공통 노드(N1)에 연결된다.
스위칭 모듈(SM)은, 각 배터리 셀(Cell)의 양극 단자를 제1 공통 노드(N1)에 선택적으로 연결하도록 구성된다. 이와 함께, 스위칭 모듈(SM)은, 각 배터리 셀의 음극 단자를 를 제2 공통 노드(N2)에 선택적으로 연결하도록 구성된다.
스위칭 모듈(SM)은, 제1 스위칭 회로(SC1) 및 제2 스위칭 회로(SC2)를 포함한다.
제1 스위칭 회로(SC1)는, 복수의 양극 스위칭 소자(PS1~PSn)를 포함한다. 복수의 양극 스위칭 소자(PS1~PSn) 각각의 일단은, 제1 공통 노드(N1)에 전기적으로 연결된다. 양극 스위칭 소자(PS)의 총 개수는 배터리 셀(Cell)의 총 개수와 동일할 수 있다.
제2 스위칭 회로(SC2)는, 복수의 음극 스위칭 소자(NS1~NSn)를 포함한다. 복수의 음극 스위칭 소자(NS1~NSn) 각각의 일단은, 제2 공통 노드(N2)에 전기적으로 연결된다. 각 양극 스위칭 소자(PS)와 각 음극 스위칭 소자(NS)는, 스위칭 신호로 제어 가능한 반도체 스위칭 소자(예, MOSFET)일 수 있다. 음극 스위칭 소자(NS)의 총 개수 역시 배터리 셀(Cell)의 총 개수와 동일할 수 있다.
양극 스위칭 소자(PSi)(i = 1 ~ n)는, 배터리 셀(Celli)의 양극과 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드 사이에 설치된다. 양극 스위칭 소자(PSi)가 턴 온되면, 배터리 셀(Celli)의 양극 단자가 양극 스위칭 소자(PSi)를 통해 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드에 전기적으로 결합된다. 반대로, 양극 스위칭 소자(PSi)가 턴 오프되면, 배터리 셀(Celli)의 양극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드로부터 전기적으로 분리된다.
음극 스위칭 소자(NSi)는, 배터리 셀(Celli)의 음극 단자와 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드 사이에 설치된다. 음극 스위칭 소자(NSi)가 턴 온되면, 배터리 셀(Celli)의 음극 단자가 음극 스위칭 소자(NSi)를 통해 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드에 전기적으로 결합된다. 반대로, 음극 스위칭 소자(NSi)가 턴 오프되면, 배터리 셀(Celli)의 음극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드로부터 전기적으로 분리된다.
제어부(130)는, 모니터링부(110) 및 스위칭 모듈(SM)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(130)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(130)는, 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는, 장치(100)의 전반적인 동작에 요구되는 데이터들, 명령어 및 소프트웨어를 저장하는 것으로서, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
제어부(130)는, 모니터링부(110)로부터 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 전압을 나타내는 전압 신호를 수신하고, 이를 기초로 스위칭 모듈(SM)에 포함된 제1 스위칭 회로(SC1)와 제2 스위칭 회로(SC2)를 개별적으로 제어할 수 있다. 이때, 제1 스위칭 회로(SC1)에 포함된 어느 한 양극 스위칭 소자가 턴 온된 경우, 나머지 양극 스위칭 소자는 모두 턴 오프로 제어될 수 있다. 제2 스위칭 회로(SC2)에 포함된 어느 한 음극 스위칭 소자가 턴 온된 경우, 나머지 음극 스위칭 소자는 모두 턴 오프로 제어될 수 있다.
제어부(130)는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 전압(예컨대, 개방 전압)을 기초로, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 적어도 하나를 포함하는 밸런싱 대상을 결정할 수 있다. 제어부(130)가 밸런싱 대상을 결정하는 데에 이용되는 전압 신호는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 개방 전압(OCV: Open Circuit Voltage)을 나타내는 것일 수 있다. 제어부(130)는, 모니터링부(110)로부터의 전압 신호가 나타내는 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 전압을 기초로, 메모리에 미리 기록된 OCV-SOC 맵으로부터 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 결정할 수 있다. 제어부(130)는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 최대 충전 상태를 가지는 것을 밸런싱 대상에 포함시킬 수 있다. 즉, 밸런싱 대상은, 적어도 최대 충전 상태를 가지는 배터리 셀을 포함할 수 있다.
제어부(130)는, 공용 저항 소자(R1)저항 및 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 전압을 기초로, 밸런싱 대상에 동시에 포함 가능한 배터리 셀의 최대 개수를 결정할 수 있다. 밸런싱부(BU)가 집적 회로의 형태로 구현되는 경우, 공용 저항 소자(R1)를 통해 흐를 수 있는 밸런싱 전류의 상한값이 미리 정해질 수 있으며, 상기 상한값보다 큰 밸런싱 전류가 흐를 경우 밸런싱부(BU)가 손상을 입을 수 있다. 따라서, 제어부(130)는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중에서 충전 상태가 큰 순서대로 상기 최대 개수 이하의 배터리 셀만을 밸런싱 대상으로 동시에 설정할 수 있다.
예컨대, 공용 저항 소자(R1)의 저항이 1kΩ이고, 밸런싱 전류의 상한값이 10mA이고, 배터리 셀(Cellk)이 최상위 전압 5.1V을 가지고, 배터리 셀(Cellk+1)이 차상위 전압 5.0V을 가지는 경우, 제어부(130)는 1을 상기 최대 개수로서 결정함으로써 배터리 셀(Cellk)만을 밸런싱 대상으로 결정할 수 있다. 그 이유는, 배터리 셀(Cellk+1)까지 밸런싱 대상으로 결정하는 경우, 밸런싱 전류는 (5.1V + 5.0V) / 1kΩ > 10mA 이기 때문이다.
다른 예로, 공용 저항 소자(R1)의 저항이 1kΩ이고, 밸런싱 전류의 상한값 10mA이고, 배터리 셀(Cellk)이 최상위 전압 5.0V을 가지고, 배터리 셀(Cellk+1)이 차상위 전압 4.9V을 가지는 경우, 제어부(130)는 2를 상기 최대 개수로서 결정함으로써 배터리 셀(Cellk)과 배터리 셀(Cellk+1)을 동시에 밸런싱 대상으로 결정할 수 있다. 그 이유는, 배터리 셀(Cellk)과 배터리 셀(Cellk+1)을 동시에 밸런싱 대상으로 결정하더라도, 밸런싱 전류는 (5.0V + 4.9V) / 1kΩ < 10mA 이기 때문이다.
제어부(130)는, 밸런싱 대상이 공용 저항 소자(R1)에 병렬 연결되도록 스위칭 모듈(SM)을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(130)는, 공용 저항 소자(R1)와 밸런싱 대상 간의 전류 경로가 형성되도록 스위칭 모듈(SM)을 제어할 수 있다.
제어부(130)에 의한 밸런싱 동작에 대하여는 이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 복수의 배터리 셀의 전압을 측정한 결과를 예시적으로 보여주는 제1 테이블이고, 도 3은 도 2의 제1 테이블에 기초한 밸런싱 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2를 참조하면, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 두 배터리 셀(Cell1, Cellk+1)의 전압은 최소 전압 3.2V보다 높고, 나머지 배터리 셀(Cell2~ Cellk, Cellk+2~Celln)의 전압은 3.2V로 동일하다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제어부(130)는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 전압이 가장 높은 것(Cellk+1)을 밸런싱 대상에 포함시킬 수 있다. OCV-SOC 맵에 의해 전압과 충전 상태는 일대일 대응되며, 상대적으로 높은 전압은 상대적으로 높은 충전 상태에 대응된다. 따라서, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 전압이 가장 높은 것과 충전 상태가 가장 높은 것은 동일할 수 있다.
제어부(130)는, 두 배터리 셀(Cell1, Cellk) 중 더 높은 전압 3.6V를 가지는 배터리 셀(Cellk+1)을 밸런싱 대상으로 결정할 수 있다. 배터리 셀(Cell1)의 전압 3.5V은 최소 전압 3.2V보다는 높으나, 배터리 셀(Cell1)은 배터리 셀(Cellk+1)에 인접하게 연결된 것이 아니므로, 제어부(130)는 배터리 셀(Cell1)을 밸런싱 대상으로 결정하지 않는다. 즉, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 전압이 도 2에 도시된 것과 같은 상태에서는, 제어부(130)에 의해 결정되는 밸런싱 대상은 배터리 셀(Cellk)만을 포함한다.
제어부(130)는, 밸런싱 대상으로 결정된 배터리 셀(Cellk+1)의 양극 단자와 음극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드와 제2 엔드에 각각 전기적으로 결합되도록, 제1 스위칭 회로(SC1)에 포함된 양극 스위칭 소자(PSk+1)와 제2 스위칭 회로(SC2)에 포함된 음극 스위칭 소자(NSk+1)만을 턴 온시킨다. 이때, 제어부(130)는, 양극 스위칭 소자(PSk+1)와 음극 스위칭 소자(NSk+1)를 동시에 턴 온하거나 어느 하나를 먼저 턴 온시킨 다음 다른 하나를 턴 온으로 할 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 제어부(130)는 나머지 양극 스위칭 소자(PS1~PSk, PSk+2~PSn) 및 음극 스위칭 소자(NS1~NSk, Nk+2~NSn)는 모두 턴 오프로 할 수 있다.
이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 밸런싱 대상(Cellk+1), 양극 스위칭 소자(PSk+!), 공용 저항 소자(R1) 및 음극 스위칭 소자(NSk+1)로 이루어진 폐회로가 형성되고, 폐회로를 통해 방전 전류가 흐름으로써, 밸런싱 대상(Cellk+1)이 방전될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 복수의 배터리 셀의 전압을 측정한 결과를 예시적으로 보여주는 제2 테이블이고, 도 5는 도 4의 제2 테이블에 기초한 밸런싱 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 2에서와는 상이하게, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 두 배터리 셀(Cellk, Cellk+1)의 전압은 최소 전압 3.2V보다 높고, 나머지 배터리 셀(Cell2~Cellk-1, Cellk+2~Celln) 각각의 전압은 3.2V로 동일하다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제어부(130)는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 가장 높은 전압 3.6V을 가지는 배터리 셀(Cellk+1)을 밸런싱 대상에 포함시킬 수 있다. 또한, 제어부(130)는, 배터리 셀(Cellk+1)이 배터리 셀(Cellk)에 인접하게 연결된 것인지 판정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 배터리 셀(Cellk+1)과 배터리 셀(Cellk) 사이에 다른 배터리 셀이 연결되지 않으므로, 제어부(130)는, 배터리 셀(Cellk)과 배터리 셀(Cellk+1)이 서로 인접하게 전기적으로 연결된 것으로 판정한다.
이에 따라, 제어부(130)는, 두 배터리 셀(Cellk, Cellk+1)을 밸런싱 대상으로 결정할 수 있다. 즉, 제어부(130)는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 최대 충전 상태를 가지는 배터리 셀(Cellk) 및 배터리 셀(Cellk)에 인접하게 연결된 적어도 하나의 배터리 셀(Cellk+1)을 밸런싱 대상에 포함시킬 수 있다. 이때, 밸런싱 대상에 포함된 배터리 셀(Cellk+1)의 충전 상태는, 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 최소 충전 상태보다 크다.
제어부(130)는, 복수의 양극 스위칭 소자(PS1~PSn) 중에서 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1)의 최고 전위 전극에 연결된 양극 스위칭 소자(PSK) 및 복수의 음극 스위칭 소자(NS1~NSn) 중에서 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1)의 최저 전위 전극에 연결된 음극 스위칭 소자(NSK+1)를 턴 온할 수 있다. 이때, 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1)의 '최고 전위 전극'은, 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1)에서 가장 높은 전위가 형성되는 지점인 배터리 셀(Cellk)의 양극 단자일 수 있다. 또한, 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1)의 '최저 전위 전극'은, 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1)에서 가장 낮은 전위가 형성되는 지점인 배터리 셀(Cellk+1)의 음극 단자일 수 있다.
즉, 제어부(130)는, 밸런싱 대상에 포함된 둘 이상의 배터리 셀(Cellk, Cellk+1) 중 가장 상위에 위치하는 배터리 셀(Cellk)의 양극과 가장 하위에 위치하는 배터리 셀(Cellk+1)의 음극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드와 제2 엔드에 각각 전기적으로 결합되도록, 제1 스위칭 회로(SC1)에 포함된 어느 하나의 양극 스위칭 소자(PSk)와 제2 스위칭 회로(SC2)에 포함된 어느 하나의 음극 스위칭 소자(NSk+1)만을 턴 온시킨다. 이때, 제어부(130)는, 양극 스위칭 소자(PSk)와 음극 스위칭 소자(NSk+1)를 동시에 턴 온하거나 하나씩 순차적으로 턴 온으로 할 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 제어부(130)는 나머지 양극 스위칭 소자(PS1~PSk-1, PSk+1~PSn) 및 음극 스위칭 소자(NS1~NSk, Nk+2~NSn)는 모두 턴 오프로 할 수 있다.
이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1), 양극 스위칭 소자(PSk), 공용 저항 소자(R1) 및 음극 스위칭 소자(NSk+1)로 이루어진 폐회로가 형성되고, 폐회로를 통해 방전 전류가 흐름으로써, 밸런싱 대상(Cellk, Cellk+1)이 방전될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 배터리팩(10)에 대하여는, 도 1을 참조하여 전술한 제1 실시예와 공통된 내용에 대한 반복 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
제2 실시예의 배터리팩(10)과 제1 실시예의 배터리팩(10)의 차이점은, 장치(100)가 밸런싱부(BU) 대신 제1 및 제2 밸런싱부(BU1, BU2)를 포함한다는 점이다.
제1 밸런싱부(BU1)는 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 제1 배터리 그룹(Cell1~Cellk)의 밸런싱에 사용되고, 제2 밸런싱부(BU2)는 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln) 중 제2 배터리 그룹(Cellk+1~Celln)의 밸런싱에 사용될 수 있다. 제1 배터리 그룹(Cell1~Cellk)과 제2 배터리 그룹(Cellk+1~Celln)은 직렬 연결될 수 있다.
제1 밸런싱부(BU1)는, 제1 공용 저항 소자(R1) 및 제1 스위칭 모듈(SM1)을 포함한다. 공용 저항 소자(R1)는, 미리 정해진 저항을 가질 수 있다. 제1 스위칭 모듈(SM1)은, 복수의 배터리 셀(Cell1~Cellk) 중 어느 하나의 양극 단자와 제1 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드를 선택적으로 연결하도록 구성된다. 이와 함께, 제1 스위칭 모듈(SM1)은, 복수의 배터리 셀(Cell1~Cellk) 중 어느 하나의 음극 단자와 제1 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드를 선택적으로 연결하도록 구성된다.
제1 스위칭 모듈(SM1)은, 제3 스위칭 회로(SC3) 및 제4 스위칭 회로(SC4)를 포함한다. 제3 스위칭 회로(SC3)는, 복수의 양극 스위칭 소자(PS1~PSk)를 포함한다. 제4 스위칭 회로(SC4)는, 복수의 음극 스위칭 소자(NS1~NSk)를 포함한다.
양극 스위칭 소자(PSj)(j = 1 ~ k)는, 배터리 셀(Cellj)의 양극 단자와 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드 사이에 설치된다. 양극 스위칭 소자(PSj)가 턴 온되면, 배터리 셀(Cellj)의 양극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드에 전기적으로 결합된다. 반대로, 양극 스위칭 소자(PSj)가 턴 오프되면, 배터리 셀(Cellj)의 양극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드로부터 전기적으로 분리된다.
음극 스위칭 소자(NSj)는, 배터리 셀(Cellj)의 음극 단자와 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드 사이에 설치된다. 음극 스위칭 소자(NSj)가 턴 온되면, 배터리 셀(Cellj)의 음극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드에 전기적으로 결합된다. 반대로, 음극 스위칭 소자(NSj)가 턴 오프되면, 배터리 셀(Cellj)의 음극 단자가 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드로부터 전기적으로 분리된다.
제2 밸런싱부(BU2)는, 제2 공용 저항 소자(R2) 및 제2 스위칭 모듈(SM2)을 포함한다. 공용 저항 소자(R2)는, 공용 저항 소자(R1)의 저항과 동일 또는 상이하게 미리 정해진 저항을 가질 수 있다. 제2 스위칭 모듈(SM2)은, 복수의 배터리 셀(Cellk+1~Celln) 중 어느 하나의 양극 단자와 제2 공용 저항 소자(R2)의 제1 엔드를 선택적으로 연결하도록 구성된다. 이와 함께, 제2 스위칭 모듈(SM2)은, 복수의 배터리 셀(Cellk+1~Celln) 중 어느 하나의 음극 단자와 제2 공용 저항 소자(R2)의 제2 엔드를 선택적으로 연결하도록 구성된다.
제2 스위칭 모듈(SM2)은, 제5 스위칭 회로(SC5) 및 제6 스위칭 회로(SC6)를 포함한다. 제5 스위칭 회로(SC5)는, 복수의 양극 스위칭 소자(PSk+1~PSn)를 포함한다. 제6 스위칭 회로(SC6)는, 복수의 음극 스위칭 소자(NSk+1~NSn)를 포함한다.
양극 스위칭 소자(PSm)(m = k+1 ~ n)는, 배터리 셀(Cellm)의 양극 단자와 제2 공용 저항 소자(R2)의 제1 엔드 사이에 설치된다. 양극 스위칭 소자(PSm)가 턴 온되면, 배터리 셀(Cellm)의 양극 단자가 제2 공용 저항 소자(R2)의 제1 엔드에 전기적으로 결합된다. 반대로, 양극 스위칭 소자(PSm)가 턴 오프되면, 배터리 셀(Cellm)의 양극 단자가 제2 공용 저항 소자(R2)의 제1 엔드로부터 전기적으로 분리된다.
음극 스위칭 소자(NSm)는, 배터리 셀(Cellm)의 음극 단자와 제2 공용 저항 소자(R2)의 제2 엔드 사이에 설치된다. 음극 스위칭 소자(NSm)가 턴 온되면, 배터리 셀(Cellm)의 음극 단자가 제2 공용 저항 소자(R2)의 제2 엔드에 전기적으로 결합된다. 반대로, 음극 스위칭 소자(NSm)가 턴 오프되면, 배터리 셀(Cellm)의 음극 단자가 제2 공용 저항 소자(R1)의 제2 엔드로부터 전기적으로 분리된다.
제어부(130)는, 모니터링부(110), 제1 스위칭 모듈(SM1) 및 제2 스위칭 모듈(SM2)에 동작 가능하게 결합된다.
제어부(130)는, 모니터링부(110)로부터 복수의 배터리 셀(Cell1~Celln)의 전압을 나타내는 전압 신호를 수신하고, 이를 기초로 제1 스위칭 모듈(SM1) 및 제2 스위칭 모듈(SM2)에 포함된 제3 내지 제6 스위칭 회로(SC3~SC6)를 개별적으로 제어할 수 있다.
일 예로, 복수의 배터리 셀(Cellk+1~Celln)의 전압이 도 2에 도시된 바와 같은 경우, 제어부(130)는 두 배터리 셀(Cell1, Cellk+1)을 밸런싱 대상으로 결정할 수 있다. 제어부(130)는, 밸런싱 대상(Cell1)의 양극 단자와 음극 단자가 제1 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드와 제2 엔드에 각각 전기적으로 결합되도록, 제3 스위칭 회로(SC3)에 포함된 어느 하나의 양극 스위칭 소자(PS1)와 제4 스위칭 회로(SC4)에 포함된 어느 하나의 음극 스위칭 소자(NS1)를 턴 온시킨다. 이때, 제어부(130)는, 양극 스위칭 소자(PS1)와 음극 스위칭 소자(NS1)를 동시에 턴 온으로 할 수 있다. 이와 함께, 제어부(130)는, 밸런싱 대상(Cellk+1)의 양극 단자와 음극 단자가 제2 공용 저항 소자(R2)의 제1 엔드와 제2 엔드에 각각 전기적으로 결합되도록, 제5 스위칭 회로(SC5)에 포함된 어느 하나의 양극 스위칭 소자(PSk+1)와 제6 스위칭 회로(SC6)에 포함된 어느 하나의 음극 스위칭 소자(NSk+1)를 턴 온시킨다. 이때, 제어부(130)는, 양극 스위칭 소자(PSk+1)와 음극 스위칭 소자(NSk+1)를 동시에 턴 온으로 할 수 있다. 결과적으로, 도 3에 따른 밸런싱 동작과는 달리, 두 배터리 셀(Cell1, Cellk+1)의 밸런싱이 동시에 이루어질 수 있다.
다른 예로, 복수의 배터리 셀(Cellk+1~Celln)의 전압이 도 4에 도시된 바와 같은 경우, 제어부(130)는 두 배터리 셀(Cellk, Cellk+1)을 밸런싱 대상으로 결정할 수 있다. 제어부(130)는, 밸런싱 대상(Cellk)의 양극 단자와 음극 단자가 제1 공용 저항 소자(R1)의 제1 엔드와 제2 엔드에 각각 전기적으로 결합되도록, 제3 스위칭 회로(SC3)에 포함된 어느 하나의 양극 스위칭 소자(PSk)와 제4 스위칭 회로(SC4)에 포함된 어느 하나의 음극 스위칭 소자(NSk)를 턴 온시킨다. 이때, 제어부(130)는, 양극 스위칭 소자(PSk)와 음극 스위칭 소자(NSk)를 동시에 턴 온으로 할 수 있다. 이와 함께, 제어부(130)는, 밸런싱 대상(Cellk+1)의 양극 단자와 음극 단자가 제2 공용 저항 소자(R2)의 제1 엔드와 제2 엔드에 각각 전기적으로 결합되도록, 제5 스위칭 회로(SC5)에 포함된 어느 하나의 양극 스위칭 소자(PSk+1)와 제6 스위칭 회로(SC6)에 포함된 어느 하나의 음극 스위칭 소자(NSk+1)를 턴 온시킨다. 이때, 제어부(130)는, 양극 스위칭 소자(PSk+1)와 음극 스위칭 소자(NSk+1)를 동시에 턴 온으로 할 수 있다. 결과적으로, 도 5에서와 유사하게, 서로 인접한 두 배터리 셀(Cellk, Cellk+1)이 동시에 방전될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 배터리팩(10)에 대하여는, 도 1을 참조하여 전술한 제1 실시예와 공통된 내용에 대한 반복 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
제3 실시예의 배터리팩(10)와 제1 실시예의 배터리팩(10)의 차이점은, 밸런싱부(BU)가 제2 공용 저항 소자(R2), 제1 선택 스위치(SS1) 및 제2 선택 스위치(SS2)를 더 포함한다는 점이다. 제1 공용 저항 소자(R1)의 저항은, 제2 공용 저항 소자(R2)의 저항과 같거나 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 공용 저항 소자(R1)의 저항(예, 1kΩ)이 제2 공용 저항 소자(R2)의 저항(예, 0.5kΩ)보다 큰 것으로 가정하기로 한다.
제1 공용 저항 소자(R1)와 제1 선택 스위치(SS1)는 직렬 연결된다. 제1 공용 저항 소자(R1)는, 제1 선택 스위치(SS1)를 통해 제1 공통 노드(N1)와 제2 공통 노드(N2) 사이에 연결된다. 예를 들어, 제1 선택 스위치(SS1)의 일단은 제1 공통 노드(N1)에 연결되고, 제1 공용 저항 소자(R1)의 일단은 제2 공통 노드(N2)에 연결되고, 제1 선택 스위치(SS1)의 타단은 제1 공용 저항 소자(R1)의 타단에 연결될 수 있다.
제2 공용 저항 소자(R2)와 제2 선택 스위치(SS2)는 직렬 연결된다. 제2 공용 저항 소자(R2)는, 제2 선택 스위치(SS2)를 통해 제1 공통 노드(N1)와 제2 공통 노드(N2) 사이에 연결된다. 예를 들어, 제2 선택 스위치(SS2)의 일단은 제1 공통 노드(N1)에 연결되고, 제2 공용 저항 소자(R2)의 일단은 제2 공통 노드(N2)에 연결되고, 제2 선택 스위치(SS2)의 타단은 제2 공용 저항 소자(R2)의 타단에 연결될 수 있다. 즉, 제1 공용 저항 소자(R2)와 제2 공용 저항 소자(R2)는, 제1 공통 노드(N1)와 제2 공통 노드(N2) 사이에서, 제1 선택 스위치(SS1)와 제2 선택 스위치(SS2)를 통해 서로 병렬 연결된다.
제어부(130)는, 밸런싱 대상의 전압과 최소 전압 간의 차이를 기초로, 제1 선택 스위치(SS1) 및 제2 선택 스위치(SS2)를 제어하는바, 지금부터 도 2를 함께 참조하여 보다 상세히 설명한다.
제어부(130)는, 밸런싱 대상의 전압과 최소 전압 간의 차이가 제1 임계 전압(예, 0.3V)보다 크면, 제1 공용 저항 소자(R2)에 직렬 연결된 제1 선택 스위치(SS1)를 턴 온시키는 한편 제2 선택 스위치(SS2)는 턴 오프시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이, 밸런싱 대상인 배터리 셀(Cellk+1)의 전압 3.6V과 최소 전압 3.2V 간의 차이가 제1 임계 전압(예, 0.3V)보다 큰 경우, 제어부(130)는 제1 선택 스위치(SS1)를 턴 온시킴으로써, 배터리 셀(Cellk+1)을 방전시킨다. 이에 따라, 밸런싱 대상인 배터리 셀(Cellk+1)에 저장된 전기 에너지가 제1 공용 저항 소자(R1)에 의해 소모되면서 밸런싱 대상인 배터리 셀(Cellk+1)의 전압은 3.6V로부터 점차적으로 낮아질 것이다.
제어부(130)는, 밸런싱 대상의 전압과 최소 전압 간의 차이가 제1 임계 전압(예, 0.3V) 이하이면, 제2 공용 저항 소자(R2)에 직렬 연결된 제2 선택 스위치(SS2)를 턴 온시키는 한편 제1 선택 스위치(SS1)는 턴 오프시킬 수 있다. 예를 들어, 밸런싱 대상인 배터리 셀(Cellk+1)의 전압이 3.5V에 도달한 시점부터는 제1 공용 저항 소자(R1) 대신 제2 공용 저항 소자(R2)에 의해 배터리 셀(Cellk+1)이 방전된다.
제어부(130)는, 배터리 셀(Cellk+1)의 전압과 최소 전압 3.2V 간의 차이가 0 V에 도달할 때까지 제2 선택 스위치(SS2)를 턴 온 상태로 유지할 수 있다.
또는, 제어부(130)는, 배터리 셀(Cellk+1)의 전압과 최소 전압 3.2V 간의 차이가 제1 임계 전압보다 작은 제2 임계 전압(예, 0.1V)에 도달한 시점부터 배터리 셀(Cellk+1)의 전압과 최소 전압 3.2V 간의 차이가 0 V에 도달할 때까지 제1 선택 스위치(SS1) 및 제2 선택 스위치(SS2)를 모두 턴 온시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(Cellk+1)에 저장된 전기 에너지가 제1 공용 저항 소자(R2) 및 제2 공용 저항 소자(R2)에 의해 소모되면서 배터리 셀(Cellk+1)의 전압은 3.5V로부터 최소 전압 3.2V을 향하여 점차적으로 낮아질 것이다.
여기서 주목할 점은, 제1 공통 노드(N1)와 제2 공통 노드(N2) 간의 총 저항(total resistance)은, 제1 선택 스위치(SS1) 및 제2 선택 스위치(SS2)가 턴 온되어 있는 경우가 제1 선택 스위치(SS1) 및 제2 선택 스위치(SS2) 중 어느 하나만이 턴 온된 경우보다 작다는 것이다.
도 7을 참조하여 전술한 제3 실시예에 따르면, 장치(100)는, 밸런싱 대상의 전압과 최소 전압 간의 차이가 줄어들수록 제1 공통 노드(N1)와 제2 공통 노드(N2) 간의 총 저항을 단계적으로 감소시킴으로써, 밸런싱 대상을 통해 흐르는 전류가 안정화하는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 배터리팩(10)에 대하여는, 도 7을 참조하여 전술한 제3 실시예와 공통된 내용에 대한 반복 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
제4 실시예의 배터리팩(10)와 제3 실시예의 배터리팩(10)의 차이점은, 밸런싱부(BU)가 제3 선택 스위치(SS3) 및 제4 선택 스위치(SS4)를 더 포함한다는 점이다.
제3 선택 스위치(SS3)는, 제1 공통 노드(N1)와 제2 공통 노드(N2) 사이에서 제1 선택 스위치(SS1)와 제1 공용 저항 소자(R1)에 직렬 연결된다.
제4 선택 스위치(SS4)는, 제1 공통 노드(N1)와 제2 공통 노드(N2) 사이에서 제2 선택 스위치(SS2)와 제2 공용 저항 소자(R2)에 직렬 연결된다.
제3 선택 스위치(SS3)는, 제1 선택 스위치(SS1)의 단락 고장(short fault)으로부터 배터리 모듈(20) 및 제1 공용 저항 소자(R1)를 보호하도록 제공된다. 단락 고장이란, 스위치가 개방 불능으로 된 상태를 칭한다. 제어부(130)는, 제1 선택 스위치(SS1)를 턴 온시키는 경우, 제3 선택 스위치(SS3)도 턴 온시키도록 구성될 수 있다. 제어부(130)는, 제1 선택 스위치(SS1)를 턴 오프시키는 경우, 제3 선택 스위치(SS3)도 턴 오프시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 선택 스위치(SS1)가 단락 고장이더라도, 제3 선택 스위치(SS3)를 턴 오프시킴으로써 제1 공용 저항 소자(R1)를 통한 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
제4 선택 스위치(SS4)는, 제2 선택 스위치(SS2)의 단락 고장으로부터 배터리 모듈(20) 및 제2 공용 저항 소자(R2)를 보호하도록 제공된다. 제어부(130)는, 제2 선택 스위치(SS2)를 턴 온시키는 경우, 제4 선택 스위치(SS4)도 턴 온시키도록 구성될 수 있다. 제어부(130)는, 제2 선택 스위치(SS2)를 턴 오프시키는 경우, 제4 선택 스위치(SS4)도 턴 오프시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 선택 스위치(SS2)가 단락 고장이더라도, 제4 선택 스위치(SS4)를 턴 오프시킴으로써 제2 공용 저항 소자(R2)를 통한 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리팩
20: 배터리 모듈
100: 장치
110: 모니터링부
BU: 밸런싱부
SM: 스위칭 모듈
SC: 스위칭 회로
130: 제어부

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀을 밸런싱하기 위한 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압을 검출하는 모니터링부;
    제1 공통 노드 및 제2 공통 노드의 사이에 연결된 제1 공용 저항 소자 및 스위칭 모듈을 포함하는 밸런싱부; 및
    상기 모니터링부 및 상기 스위칭 모듈에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하되,
    상기 스위칭 모듈은,
    상기 각 배터리 셀의 양극 단자를 상기 제1 공통 노드에 선택적으로 연결하고, 상기 각 배터리 셀의 음극 단자를 상기 제2 공통 노드에 선택적으로 연결하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 기초로, 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나를 포함하는 밸런싱 대상을 결정하고,
    상기 제1 공용 저항 소자와 상기 밸런싱 대상 간의 전류 경로가 형성되도록 상기 스위칭 모듈을 제어하도록 구성된, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 모듈은,
    상기 각 배터리 셀의 양극 단자와 상기 제1 공통 노드의 사이에 설치되는 복수의 양극 스위칭 소자를 포함하는 제1 스위칭 회로; 및
    상기 각 배터리 셀의 음극 단자와 상기 제2 공통 노드의 사이에 설치되는 복수의 음극 스위칭 소자를 포함하는 제2 스위칭 회로를 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나를 상기 밸런싱 대상으로 결정 시,
    상기 복수의 양극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 양극 단자에 연결된 어느 하나의 양극 스위칭 소자 및 상기 복수의 음극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 음극 단자에 연결된 어느 하나의 양극 스위칭 소자를 턴 온시키도록 구성된, 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀 중 서로 인접한 둘 이상의 배터리 셀을 상기 밸런싱 대상으로 결정 시,
    상기 복수의 양극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 최고 전위 전극에 연결된 어느 하나의 양극 스위칭 소자 및 상기 복수의 음극 스위칭 소자 중에서 상기 밸런싱 대상의 최저 전위 전극에 연결된 어느 하나의 음극 스위칭 소자를 턴 온시키도록 구성된, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압을 기초로, 상기 복수의 배터리 셀의 충전 상태를 결정하도록 구성되고,
    상기 밸런싱 대상은,
    상기 복수의 배터리 셀 중 최대 충전 상태를 가지는 배터리 셀을 포함하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸런싱 대상은,
    상기 최대 충전 상태를 가지는 배터리 셀에 인접하게 연결된 다른 배터리 셀;
    을 더 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다른 배터리 셀의 충전 상태는,
    상기 복수의 배터리 셀의 최소 충전 상태보다 큰, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 공용 저항 소자의 저항 및 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 기초로, 상기 밸런싱 대상에 포함 가능한 배터리 셀의 최대 개수를 결정하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱부는,
    상기 제1 공통 노드와 상기 제2 공통 노드 사이에서 상기 제1 공용 저항 소자에 직렬 연결되는 제1 선택 스위치;
    상기 제1 공용 저항 소자의 저항보다 작은 저항을 가지는 제2 공용 저항 소자; 및
    상기 제1 공통 노드와 상기 제2 공통 노드 사이에서 상기 제2 공용 저항 소자에 직렬 연결되는 제2 선택 스위치를 더 포함하는, 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸런싱 대상의 전압과 상기 복수의 배터리 셀의 최소 전압 간의 차이를 기초로, 상기 제1 선택 스위치 및 상기 제2 선택 스위치를 제어하도록 구성된, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸런싱 대상의 전압과 상기 최소 전압 간의 차이가 제1 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제1 선택 스위치를 턴 온시키고 상기 제2 선택 스위치를 턴 오프시키도록 구성된, 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸런싱 대상의 전압과 상기 최소 전압 간의 차이가 상기 제1 임계 전압 이하인 경우, 상기 제1 선택 스위치를 턴 오프시키고 상기 제2 선택 스위치를 턴 온시키도록 구성된, 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치를 포함하는, 배터리팩.
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