KR20200086960A - 배터리 밸런싱 장치, 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 밸런싱 장치, 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치는 서로 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 전압측정부; 및 상기 전압측정부에 의해 측정된 전압으로부터 상기 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하고, 상기 배터리 셀의 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀 및 타겟 그룹을 선택하며, 상기 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선택하여 상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 밸런싱 장치, 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩{APPARATUS AND METHOD FOR BALANCING BATTERY AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀을 최소 밸런싱 시간으로 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치, 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
한편, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차 또는 전력 저장 장치에 사용되는 대용량 배터리는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 단위 셀 집합체를 포함한다. 다수의 단위 셀이 연결된 배터리는, 충방전이 반복됨에 따라 각 단위 셀의 충전용량에 편차가 발생하게 된다. 이러한 충전용량의 편차를 방치한 채로 충전이나 방전을 지속하게 되면, 일부의 단위 셀이 과충전 상태나 과방전 상태가 될 수 있다. 과충전 또는 과방전 상태는 단위 셀의 안전성을 저해하는 요인으로 작용하며 경우에 따라서는 폭발과 같은 예기치 못한 사고를 유발하기도 한다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해, 종래에는 배터리 셀 각각으로부터 산출한 밸런싱 소요시간을 이용하여 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법이 개시되었다(특허문헌 1).
특허문헌 1에 따르면, 배터리 셀 각각에 대한 밸런싱 시간이 계산되어야 하기 때문에, 밸런싱 시간을 저장하는 메모리가 배터리 셀의 수에 비례하게 증가되는 문제가 있다. 즉, 특허문헌 1에 따르면, 다수의 배터리 셀이 밸런싱되기 위해서는 복잡한 제어 회로가 필요한 문제가 있다. 또한, 특허문헌 1은, 밸런싱 과정에서 배터리 셀 각각에 대한 밸런싱 시간을 산출하고, 산출된 밸런싱 시간을 저장하는 과정을 거쳐야 하기 때문에, 밸런싱 소요 시간이 불필요하게 증가되는 문제가 있다.
KR 10-1601717 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 밸런싱에 소요되는 저장 공간의 낭비를 줄이고, 과충전 또는 과방전을 방지할 수 있는 배터리 밸런싱 장치, 방법 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 밸런싱 장치는 서로 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 전압측정부; 및 상기 전압측정부에 의해 측정된 전압으로부터 상기 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하고, 상기 배터리 셀의 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀 및 타겟 그룹을 선택하며, 상기 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하여 상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀 중 산출된 SOC가 상기 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 배터리 셀을 상기 타겟 그룹으로 선택하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀 중 산출된 SOC가 최소인 배터리 셀을 상기 기준 셀로 선택하고, 상기 선택된 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀을 상기 타겟 셀로 선정하며, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀을 방전시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀 중 산출된 SOC가 최대인 배터리 셀을 상기 기준 셀로 선택하고, 상기 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀을 상기 타겟 셀로 선정하며, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.
상기 선택된 타겟 그룹에 대한 밸런싱이 1차로 완료된 후, 상기 전압측정부는, 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 각각의 전압을 재차 측정하고, 측정된 전압을 상기 제어부로 전송하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 밸런싱 장치는 상기 제어부에 의해 산출된 밸런싱 시간을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 저장부에 저장된 밸런싱 시간을 감소시키면서, 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 저장부에 저장된 밸런싱 시간에 기반하여 밸런싱이 완료되었는지 여부를 확인하고, 상기 밸런싱이 완료된 경우에 상기 전압측정부에게 전압 측정 신호를 송신하도록 구성될 수 있다.
상기 전압측정부는, 상기 제어부로부터 전압 측정 신호를 수신하면 상기 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 에너지 저장 시스템은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 밸런싱 방법은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 밸런싱 장치에서 동작되는 것으로서, 서로 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 SOC 산출 단계; 상기 배터리 셀의 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀을 선택하는 기준 셀 선택 단계; 상기 배터리 셀의 산출된 SOC 및 상기 기준 셀의 SOC에 기반하여 타겟 그룹을 선택하는 타겟 그룹 선택 단계; 상기 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하는 타겟 셀 선정 단계; 상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하는 밸런싱 시간 산출 단계; 및 상기 밸런싱 시간 산출 단계에서 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 배터리 셀 밸런싱 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 밸런싱 방법은 상기 배터리 셀 밸런싱 단계 이후, 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 SOC를 재산출하는 SOC 재산출 단계; 및 상기 SOC 재산출 단계에서 재산출된 배터리 셀의 SOC에 기반하여, 상기 타겟 그룹 선택 단계, 타겟 셀 선정 단계, 밸런싱 시간 산출 단계 및 배터리 셀 밸런싱 단계를 반복적으로 수행하는 반복 수행 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반복 수행 단계는, 상기 타겟 그룹 선택 단계에서, 상기 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀이 존재하지 않을 때까지 반복 수행되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 타겟 그룹별로 산출된 밸런싱 시간에 기반하여, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀에 대한 밸런싱이 수행되기 때문에, 배터리 셀의 밸런싱 과정에서 요구되는 저장 공간을 획기적으로 줄여, 다수의 배터리 셀을 관리하기 위한 컴퓨팅 자원이 절약될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 요구되는 저장 공간의 양이 줄어듦으로써, 배터리 밸런싱 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩의 설계 소요 예산이 줄어들고, 설계가 간소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀이 산출된 밸런싱 시간 동안 밸런싱되기 때문에, 배터리 셀의 과충전 또는 과방전이 미연에 방지될 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 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치를 통해 밸런싱 되는 배터리 셀의 SOC 변화를 도시한 도면이다.
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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1은 하나의 배터리 밸런싱 장치(100)와 하나의 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(100)을 도시한 일 예시이다. 다만, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)에 포함되는 배터리 모듈(10)과 배터리 밸런싱 장치(100)의 개수는 도 1에 도시된 개수에 국한되는 것은 아니고, 복수의 배터리 밸런싱 장치(100)와 복수의 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 또한, 배터리 밸런싱 장치(100)는 복수의 배터리 모듈(10)과 연결되어, 복수의 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 각각의 밸런싱을 수행할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리 모듈(10)에 4개의 배터리 셀(11)이 포함된 것으로 가정하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 복수의 배터리 셀(11)이 포함된 배터리 모듈(10)과 연결되어, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 각각의 밸런싱을 수행할 수 있다. 배터리 밸런싱 장치(100)의 구체적인 구성은 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 배터리 밸런싱 장치(100)는 전압측정부(101) 및 제어부(103)를 포함할 수 있다.
전압측정부(101)는 배터리 팩(1000)에 포함된 배터리 셀(11)의 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(1000)에는 복수의 배터리 셀(11)이 서로 연결된 형태로 포함될 수 있다. 전압측정부(101)는 이처럼 서로 연결된 복수의 배터리 셀(11) 각각의 전압을 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 배터리 셀(11)은 배터리 모듈(10)에 포함되어 서로 연결될 수 있다. 전압측정부(101)는 센싱라인을 통해서 각각의 배터리 셀(11)과 전기적으로 연결되고, 배터리 셀(11) 각각의 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 밸런싱 장치(100)는 센싱 라인(SL1, SL2, SL3, SL4 및 SL5)을 통해서 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 전압측정부(101)는 센싱라인(SL1, SL2, SL3, SL4 및 SL5)을 통해서 연결된 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 각각의 전압을 측정할 수 있다. 구체적으로, 전압측정부(101)는 제1 센싱라인(SL1)과 제2 센싱라인(SL2)을 통해 제1 배터리 셀(C1)의 전압을 측정하고, 제2 센싱라인(SL2)과 제3 센싱라인(SL3)을 통해 제2 배터리 셀(C2)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압측정부(101)는 제3 센싱라인(SL3)과 제4 센싱라인(SL4)을 통해 제3 배터리 셀(C3)의 전압을 측정하고, 제4 센싱라인(SL4)과 제5 센싱라인(SL5)을 통해 제4 배터리 셀(C4)의 전압을 측정할 수 있다. 전압측정부(101)는 측정한 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4) 각각의 전압을 제어부(103)로 송신할 수 있다.
제어부(103)는 전압측정부(101)에 의해 측정된 전압으로부터 배터리 셀(11) 각각의 SOC(State Of Charge)를 산출할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 전압측정부(101)로부터 측정된 배터리 셀(11) 각각의 전압을 수신하고, 수신한 배터리 셀(11) 각각의 전압에 기반하여, 배터리 셀(11) 각각의 SOC를 산출할 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 제어부(103)는 측정된 제1 배터리 셀(C1)의 전압으로부터 제1 배터리 셀(C1)의 SOC를 산출하고, 측정된 제2 배터리 셀(C2)의 전압으로부터 제2 배터리 셀(C2)의 SOC를 산출할 수 있다. 또한, 제어부(103)는 측정된 제3 배터리 셀(C3)의 전압으로부터 제3 배터리 셀(C3)의 SOC를 산출하고, 측정된 제4 배터리 셀(C4)의 전압으로부터 제4 배터리 셀(C4)의 SOC를 산출할 수 있다.
제어부(103)는 산출한 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4)의 SOC에 기반하여, 기준 셀 및 타겟 그룹을 선택할 수 있다. 제어부(103)는 선택한 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선택하여, 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 산출된 밸런싱 시간은 소정의 저장 장치에 저장될 수 있다.
예컨대, 제어부(103)는 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4) 중 제1 배터리 셀(C1)을 기준 셀로 선택하고, 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)을 타겟 그룹으로 선택할 수 있다. 제어부(103)는 타겟 그룹에 포함된 배터리 셀(C2, C3 및 C4) 중 제2 배터리 셀(C2)을 타겟 셀로 선택하고, 기준 셀(C1)의 SOC와 타겟 셀(C2)의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 여기서, 기준 셀, 타겟 그룹 및 타겟 셀의 선택 순서는 본 발명의 일 예시일 뿐이며, 기준 셀, 타겟 그룹 및 타겟 셀의 선택 순서는 배터리 셀의 배열 순서에 따라 선택되는 것으로 국한되지 않는다.
제어부(103)는 산출한 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 의 밸런싱을 수행하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(103)는 산출한 밸런싱 시간 동안 타겟 그룹에 속한 모든 배터리 셀의 밸런싱이 수행되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 실시예에서, 제어부(103)는 산출한 밸런싱 시간 동안 타겟 그룹에 속한 모든 배터리 셀(C2, C3 및 C4)의 밸런싱을 일괄적으로 수행시키도록 구성될 수 있다. 만약 이러한 실시예에서, 기준 셀(C1)의 SOC와 타겟 셀(C2)의 SOC의 차이에 기반하여 산출된 밸런싱 시간이 10초이면, 제어부(103)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(C2, C3 및 C4)이 10초 동안 밸런싱되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 밸런싱부(107)를 더 포함할 수 있다.
상기 밸런싱부(107)는 제어부(103)의 제어에 의해 배터리 셀(11)의 밸런싱을 직접 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(103)는 밸런싱부(107)에게 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 정보, 산출한 밸런싱 시간 및 밸런싱 수행 신호를 송신할 수 있다. 그러면, 밸런싱부(107)는 제어부(103)로부터 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 정보, 밸런싱 시간 및 밸런싱 수행 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 밸런싱부(107)는 수신한 밸런싱 시간 동안 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)을 충전 또는 방전시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(103)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(C2, C3 및 C4)의 정보, 산출한 밸런싱 시간(10초) 및 밸런싱 수행 신호를 밸런싱부(107)에게 송신할 수 있다. 밸런싱부(107)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(C2, C3 및 C4)의 정보, 산출한 밸런싱 시간(10초) 및 밸런싱 수행 신호를 수신하고, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(C2, C3 및 C4)을 10초 동안 밸런싱시킬 수 있다.
상기 밸런싱부(107)는 배터리 셀을 충전 및/또는 방전시키기 위해, 각 배터리 셀의 양단에 연결된 밸런싱 경로, 밸런싱 경로에 위치한 저항, 커패시터 및/또는 스위치 등을 구비할 수 있다. 다만, 본원발명은 이러한 밸런싱부(107)의 구체적인 구성에 의해 한정되지 않으며, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 밸런싱 구성이 본원발명의 밸런싱부(107)에 채용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 밸런싱 장치(100)는 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 따라 산출된 밸런싱 시간 동안 타겟 그룹에 속한 배터리 셀을 일괄적으로 밸런싱할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 배터리 셀(11) 각각에 대한 밸런싱 시간을 저장하지 않고, 타겟 그룹별로 산출된 밸런싱 시간을 저장하므로, 배터리 셀(11) 각각에 대해 산출된 밸런싱 시간을 저장하기 위한 메모리 자원을 아낄 수 있다.
더욱이, 에너지 저장 시스템(ESS) 또는 전기자동차 등에 이용되는 중대형 배터리 팩의 경우 많은 수의 배터리 셀이 포함된다. 이때, 다수의 배터리 셀을 밸런싱하기 위해 배터리 셀 각각에 대한 밸런싱 시간을 저장하기 위해서는, 지나치게 많은 저장 공간이 요구되는 문제가 있다. 따라서, 메모리양 및 연산량의 요구사양을 맞추기 위해서는 배터리 셀의 수에 비례하는 많은 수의 저장 유닛(RAM, ROM, 레지스터 등) 및 연산 유닛(CPU 또는 GPU 등)이 필요하게 된다. 그러므로, 이 경우, 에너지 저장 시스템(ESS) 또는 전기자동차 등에 이용되는 배터리 팩 또는 이러한 배터리 팩을 제어하는 장치의 설계가 복잡해지고 설계 비용이 증가하는 문제가 있다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)가 적용되면, 타겟 그룹별로 저장된 밸런싱 시간에 따라 타겟 그룹에 속한 모든 배터리 셀이 일괄적으로 밸런싱되기 때문에, 밸런싱에 요구되는 메모리양 및 연산량이 획기적으로 줄어들 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)가 적용될 경우, 배터리 셀의 밸런싱에 요구되는 저장 유닛 및 연산 유닛의 요구사양이 낮아지므로, 제품 설계가 간단하고, 제품 설계 비용이 획기적으로 절약될 수 있다.
종래의 배터리 밸런싱 동작과 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)를 이용하여 배터리 셀(11)의 밸런싱을 수행할 때의 요구되는 메모리 자원의 차이를 살펴보면 다음과 같다.
예컨대, 배터리 팩(1000)에 300개의 배터리 셀(11)이 포함되어 있고, 이 300개의 배터리 셀(11)이 하나의 배터리 밸런싱 장치(100)에 의해서 밸런싱된다고 가정한다. 또한, 제어부(103)에 의해서 산출된 밸런싱 시간은 16bit 크기를 갖는 것으로 가정한다. 종래의 배터리 밸런싱 동작에 따르면, 배터리 셀(11) 각각의 밸런싱 시간이 산출된다. 그리고, 배터리 셀(11) 각각이 독립적으로 밸런싱되기 때문에 총 4800bit(16bit x 300cell)의 메모리가 요구된다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간이 산출된다. 그리고, 산출된 밸런싱 시간 동안 타겟 그룹에 속한 모든 배터리 셀(11)이 밸런싱되기 때문에, 저장 유닛에는 산출된 밸런싱 시간만 저장되므로 총 16bit의 메모리가 요구된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산출된 밸런싱 시간에 대한 16bit 외에 밸런싱 시간에 대한 연산을 수행하기 위해 추가로 16bit가 더 필요하다고 하더라도, 총 32bit의 메모리만이 요구된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)를 이용하면, 소요되는 메모리를 배터리 셀(11)의 수에 비례하게 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 배터리 셀(11)의 수에 무관하게 일정량의 메모리만이 요구되어, 다수의 배터리 셀(11)을 포함하는 배터리 팩(1000)의 경우에도 요구되는 메모리 자원이 획기적으로 줄어들 수 있다.
상기 제어부(103)는 이후에 개시되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(103)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 본 출원의 저장부(105)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
상기 제어부(103)는 이차 전지와 전기적으로 결합될 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)이거나 또는 상기 배터리 관리 시스템에 포함되는 제어 요소일 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템은 본 출원이 속하는 기술 분야에서 BMS라고 불리는 시스템을 의미할 수도 있지만, 기능적 관점에서 본 출원에서 기술된 적어도 하나의 기능을 수행하는 시스템이라면 그 어떠한 것이라도 상기 배터리 관리 시스템의 범주에 포함될 수 있다.
제어부(103)는 배터리 밸런싱 장치(100)에 연결된 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 산출된 SOC가 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 배터리 셀을 타겟 그룹으로 선택하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(103)는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 기준 셀을 먼저 선택하고, 나머지 배터리 셀(11) 중에서 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 SOC를 가진 하나 이상의 배터리 셀(11)을 타겟 그룹으로 선택할 수 있다.
여기서, 기설정된 정상범위는 전압측정부(101)의 하드웨어적 사양, 배터리 셀(11)의 개수 또는 배터리 셀(11)의 종류를 고려하여 설정될 수 있다. 예컨대, 전압측정부(101)에 포함되는 전압 측정용 IC칩은 종류에 따라 전압을 측정하는 정밀도가 차이날 수 있다. 따라서, 전압측정부(101)의 하드웨어적 사양에 따라 정상범위가 설정될 수 있다. 또한, 배터리 팩(1000)에 포함되는 배터리 셀(11)의 밸런싱에 소요되는 최대 밸런싱 시간이 최소화되도록, 배터리 셀(11)의 개수와 밸런싱 시간에 대한 다양한 연산식에 의해 정상범위가 설정될 수도 있다. 또한, 배터리 팩(1000)에 포함되는 배터리 셀(11)의 종류에 따라 정상범위가 설정될 수 있다.
예컨대, 도 1의 실시예에서, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1), 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4) 중 제1 배터리 셀(C1)을 기준 셀로 선택할 수 있다. 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 확인하고, 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4) 중에서 정상범위를 벗어난 SOC를 가진 배터리 셀 그룹을 타겟 그룹으로 선택할 수 있다. 만약, 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)의 SOC가 제1 배터리 셀(C1)의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 경우, 타겟 그룹에는 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)이 포함될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 항상 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 모두에 대해서 밸런싱이 수행되는 것이 아니라, 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 SOC를 가진 배터리 셀에 대해서만 밸런싱이 수행될 수 있다. 이 경우, 밸런싱이 요구되는 배터리 셀의 수가 줄어들 수 있다. 따라서 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 배터리 팩(1000)에 포함된 배터리 모듈(10)에 대한 밸런싱의 총 소요시간이 줄어들어, 밸런싱이 신속하게 진행될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)에 대해서만 밸런싱이 수행되므로, 배터리 셀(11) 각각의 충전 또는 방전 사이클(CYCLE)이 일괄적으로 증가되지 않아, 밸런싱에 의한 배터리 셀(11)의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 있어서, 제어부(103)는 복수의 배터리 셀(11) 중에서 산출된 SOC가 최소인 배터리 셀을 기준 셀로 선택할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 제1 배터리 셀(C1)의 SOC가 10%이고, 제2 배터리 셀(C2)의 SOC가 20%이고, 제3 배터리 셀(C3)의 SOC가 30%이고, 제4 배터리 셀(C4)의 SOC가 40%이면, 제어부(103)는 산출된 SOC가 최소인 제1 배터리 셀(C1)을 기준 셀로 선택할 수 있다.
제어부(103)는 최소 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 기준 셀로 선택한 이후, 타겟 그룹을 선택할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 선택된 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 타겟 셀로 선정할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 기준 셀로 선택하고, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 타겟 셀로 선정할 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예에서, 타겟 그룹에 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)이 포함되는 경우, 이들 배터리 셀 중 제2 배터리 셀(C2)의 SOC가 가장 작으면, 제2 배터리 셀(C2)이 타겟 셀로 선정될 수 있다.
제어부(103)는 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 따라 산출된 밸런싱 시간 동안, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)을 방전시키도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(103)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 정보, 산출된 밸런싱 시간 및 밸런싱 수행 신호를 밸런싱부(107)에게 송신함으로써, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)을 산출된 밸런싱 시간 동안 방전시킬 수 있다.
예컨대, SOC가 1% 차이날 때 소요되는 밸런싱 시간이 1초라고 가정한다. 그리고, 도 1의 실시예에서, 제1 배터리 셀(C1), 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 SOC가 각각 10%, 20%, 30% 및 40%로 가정한다. 또한, 기준 셀은 제1 배터리 셀(C1)이고, 타겟 그룹은 제2 내지 제4 배터리 셀(C2, C3 및 C4)이며, 타겟 셀은 제2 배터리 셀(C2)로 가정한다. 여기서, 제어부(103)는 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 SOC(10%)와 타겟 셀인 제2 배터리 셀(C2)의 SOC(20%)의 차이로부터 10초의 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 이 경우, 제어부(103)는 산출한 밸런싱 시간(10초) 동안 타겟 그룹에 속한 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)을 방전시키도록 동작될 수 있다. 방전 후, 제1 배터리 셀(C1)의 SOC는 10%이고, 제2 배터리 셀(C2)의 SOC는 10%이고, 제3 배터리 셀(C3)의 SOC는 20%이고, 제4 배터리 셀(C4)의 SOC는 30%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 산출된 밸런싱 시간 동안 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)만을 선택하여 방전시킬 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 타겟 그룹에 속하지 않은 배터리 셀(11)은 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)과 달리 밸런싱 시간 동안 방전되지 않을 수 있다.
따라서, 반복적인 밸런싱이 최종적으로 완료된 이후, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 SOC는 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위 내에 포함되므로, 배터리 밸런싱 장치(100)는 밸런싱에 의해 배터리 셀(11)에 과방전이 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예에 있어서, 제어부(103)는 배터리 셀(11) 중 산출된 SOC가 최대인 배터리 셀을 기준 셀로 선택할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 제1 배터리 셀(C1)의 SOC가 80%이고, 제2 배터리 셀(C2)의 SOC가 70%이고, 제3 배터리 셀(C3)의 SOC가 60%이고, 제4 배터리 셀(C4)의 SOC가 50%이면, 제어부(103)는 산출된 SOC가 최대인 제1 배터리 셀(C1)을 기준 셀로 선택할 수 있다.
제어부(103)는 최대 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 기준 셀로 선택한 이후, 타겟 그룹을 선택하고, 선택된 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 타겟 셀로 선정할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 기준 셀로 선택하고, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀(11)을 타겟 셀로 선정할 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예에서, 타겟 그룹에 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)이 포함되는 경우, 이들 배터리 셀 중 제2 배터리 셀(C2)의 SOC가 가장 크면, 제2 배터리 셀(C2)이 타겟 셀로 선정될 수 있다.
제어부(103)는 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 따라 산출된 밸런싱 시간 동안, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)이 충전되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(103)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 정보, 산출된 밸런싱 시간 및 밸런싱 수행 신호를 밸런싱부(107)에게 송신함으로써, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)을 산출된 밸런싱 시간 동안 충전시킬 수 있다.
앞선 실시예와 마찬가지로, SOC가 1% 차이날 때 소요되는 밸런싱 시간이 1초라고 가정한다. 그리고, 도 1의 실시예에서, 제1 배터리 셀(C1), 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 SOC가 각각 80%, 70%, 60% 및 50%로 가정한다. 또한, 기준 셀은 제1 배터리 셀(C1)이고, 타겟 그룹은 제2 내지 제4 배터리 셀(C2, C3 및 C4)이며, 타겟 셀은 제2 배터리 셀(C2)로 가정한다.
이 경우, 제어부(103)는 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 SOC(80%)와 타겟 셀인 제2 배터리 셀(C2)의 SOC(70%)의 차이로부터 10초의 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 제어부(103)는 산출한 밸런싱 시간(10초) 동안 타겟 그룹에 속한 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)을 충전시키도록 동작될 수 있다. 충전 후, 제1 배터리 셀(C1)의 SOC는 80%이고, 제2 배터리 셀(C2)의 SOC는 80%이고, 제3 배터리 셀(C3)의 SOC는 70%이고, 제4 배터리 셀(C4)의 SOC는 60%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 산출된 밸런싱 시간 동안 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)만을 선택하여 충전시킬 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 타겟 그룹에 속하지 않은 배터리 셀(11)은 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)과 달리 밸런싱 시간 동안 충전되지 않을 수 있다.
따라서, 반복적인 밸런싱이 최종적으로 완료된 이후, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 SOC는 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위 내에 포함되므로, 배터리 밸런싱 장치(100)는 밸런싱에 의해 배터리 셀(11)에 과충전이 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.
제어부(103) 및 밸런싱부(107)에 의해 타겟 그룹에 대한 밸런싱이 완료된 이후, 전압측정부(101)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 각각의 전압을 재차 측정할 수 있다. 그리고, 전압측정부(101)는 이와 같이 측정한 전압을 제어부(103)로 전송할 수 있다. 제어부(103)는 전압측정부(101)로부터 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 각각의 전압을 수신할 수 있다. 그 후, 제어부(103)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 각각의 SOC를 재차 산출할 수 있다. 제어부(103)는 재차 산출된 SOC가 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어나는 배터리 셀(11)을 새로운 타겟 그룹으로 선택하여 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)을 변경할 수 있다. 즉, 제1 타겟 그룹에 대한 제1차 밸런싱이 완료된 이후, 전압측정부(101)는 제1차 밸런싱이 완료된 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 제2 전압을 측정할 수 있다. 제어부(103)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 제2 전압으로부터 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 제2 SOC를 산출할 수 있다. 제어부(103)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 산출된 제2 SOC가 기준 셀의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어나는 배터리 셀(11)을 제2 타겟 그룹으로 선택할 수 있다. 제어부(103)는 제1차 밸런싱과 마찬가지로, 제2 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중에서 제2 타겟 셀을 선정하고, 제2 타겟 셀과 기준 셀의 제1 SOC 차이에 따른 제2차 밸런싱 시간을 산출할 수 있다. 제어부(103)는 산출한 제2 밸런싱 시간 동안 제2 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 전부를 밸런싱시키도록 구성될 수 있다. 밸런싱 과정은 기준 셀의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 SOC를 가진 배터리 셀(11)이 없을 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 제1 배터리 셀(C1)이 기준 셀로 선택되고, 제1 타겟 그룹에 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)이 속한다고 가정한다. 전압측정부(101)는 제1 타겟 그룹에 대한 제1차 밸런싱이 완료된 후, 제1 타겟 그룹에 속한 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 제2 전압을 재차 측정하고, 측정 결과를 제어부(103)에 전송할 수 있다. 제어부(103)는 수신된 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 제2 전압으로부터 제2 SOC를 산출할 수 있다. 만약, 제2 배터리 셀(C2)의 제2 SOC는 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위에 속하지만, 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 제2 SOC는 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 경우, 제어부(103)는 제2 타겟 그룹으로 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)을 선택할 수 있다. 제2 타겟 그룹에서 제3 배터리 셀(C3)이 타겟 셀로 선정되면, 제어부(103)는 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC와 타겟 셀인 제3 배터리 셀(C3)의 제2 SOC의 차이에 따른 제2 밸런싱 시간을 산출하고, 산출된 제2 밸런싱 시간 동안 제2 타겟 그룹에 속한 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)을 밸런싱시키도록 구성될 수 있다. 만약, 제2차 밸런싱이 완료된 후에 산출된 제4 배터리 셀(C4)의 제3 SOC가 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어나면, 제3 타겟 그룹으로 제4 배터리 셀(C4)만이 선택되고, 제3 타겟 그룹에 대한 제3차 밸런싱이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 제1차 밸런싱이 완료된 이후, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11)의 밸런싱 상태를 확인하기 위하여 배터리 모듈(10)에 포함된 모든 배터리 셀(11)의 SOC를 다시 산출하는 것이 아니라, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 SOC만을 확인하기 때문에, 추가적인 밸런싱을 위한 SOC 산출이 신속하게 이루어 질 수 있다. 즉, 배터리 밸런싱 장치(100)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중에서 추가적으로 밸런싱이 필요한 제2 타겟 그룹을 선택하기 때문에, 제2 타겟 그룹이 신속하게 선택되어, 배터리 모듈(10)에 대한 총 밸런싱 소요 시간이 최소화될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장부(105)를 더 포함할 수 있다.
저장부(105)는 본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(105)는 제어부(103)에 의해 산출된 밸런싱 시간을 저장할 수 있다. 구체적으로, 제어부(103)는 타겟 셀의 SOC와 기준 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하고, 산출한 밸런싱 시간을 저장부(105)에게 송신할 수 있다. 저장부(105)는 제어부(103)로부터 밸런싱 시간을 수신하고, 수신한 밸런싱 시간을 저장할 수 있다. 여기서, 저장부(105)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 저장부(105)는 제어부(103)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
예컨대, 제1차 밸런싱 과정 중 제1 밸런싱 시간이 10초로 산출되면, 제어부(103)는 산출한 제1 밸런싱 시간(10초)에 대한 값을 저장부(105)로 송신할 수 있다. 저장부(105)는 제어부(103)로부터 제1 밸런싱 시간(10초)에 대한 값을 수신하여 저장할 수 있다.
제어부(103)는 저장부(105)에 저장된 밸런싱 시간을 감소시키면서, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성될 수 있다. 구체적으로 제어부(103)는 저장부(105)에 저장된 밸런싱 시간에 대한 데이터를 감소시킴으로써 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 밸런싱 수행 시간을 확인할 수 있다.
예컨대, 저장부(105)에 밸런싱 시간에 대한 데이터로서 10, 이진수로는 1010이 저장되어 있다고 가정한다. 제어부(103)는 매초마다 저장부(105)에 저장된 데이터를 1씩 감소시키면서, 밸런싱부(107)를 통해 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)을 밸런싱시킬 수 있다. 즉, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)에 대한 밸런싱이 완료되면, 저장부(105)에는 밸런싱 시간에 대한 데이터로 0이 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 저장부(105)에 저장된 밸런싱 시간을 감소시키면서 저장된 밸런싱 시간이 남아있는지를 확인하여, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 중복 밸런싱을 방지할 수 있다. 따라서 배터리 밸런싱 장치(100)는 중복 밸런싱을 방지함으로써, 배터리 셀(11)의 충전 또는 방전 CYCLE을 최소화하여 배터리 셀(11)의 수명을 오래 지속시킬 수 있다. 또한, 배터리 밸런싱 장치(100)는 중복 밸런싱에 의한 과충전 또는 과방전 등의 예기치 못한 오류 상황을 미연에 방지할 수 있다.
제어부(103)는 저장부(105)에 저장된 밸런싱 시간에 기반하여 밸런싱이 완료되었는지 여부를 확인할 수 있다. 여기서 밸런싱이 완료된 경우란, 저장부(105)에 저장된 밸런싱 시간이 0인 경우 또는 저장부(105)에 밸런싱 시간에 대한 데이터가 삭제된 경우를 포함할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 저장부(105)에 밸런싱 시간에 대한 데이터가 저장되어 있는지를 먼저 확인할 수 있다. 만약 저장부(105)에 밸런싱 시간에 대한 데이터가 저장되지 않았다면, 제어부(103)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)에 대한 밸런싱이 완료된 상태라고 판단할 수 있다. 반대로, 저장부(105)에 저장된 밸런싱 시간에 대한 데이터가 있다면, 제어부(103)는 저장부(105)에 저장된 밸런싱 시간이 0인지를 더 확인함으로써 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)에 대한 밸런싱이 완료되었는지를 판단할 수 있다.
밸런싱이 완료된 경우, 제어부(103)는 전압측정부(101)에게 전압 측정 신호를 송신할 수 있다. 즉, 제어부(103)는 밸런싱이 완료되었다고 판단하면, 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 전압이 재차 측정되도록 하기 위하여 전압측정부(101)에게 전압 측정 신호를 송신할 수 있다. 이와 같이 제어부(103)로부터 전압 측정 신호를 수신하면, 전압측정부(101)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 전압을 재차 측정할 수 있다.
예컨대, 저장부(105)에 저장된 제1 밸런싱 시간이 0이면, 제어부(103)는 제1차 밸런싱 과정이 완료되었다고 판단할 수 있다. 이후, 제어부(103)는 전압측정부(101)에게 제1 타겟 그룹에 속한 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 전압을 재차 측정하라는 전압 측정 신호를 송신할 수 있다. 전압측정부(101)는 제어부(103)로부터 전압 측정 신호를 수신하고, 제1 타겟 그룹에 속한 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 제2 전압을 측정할 수 있다. 제어부(103)는 전압측정부(101)에 의해 측정된 제2 전압으로부터 제1 타겟 그룹에 속한 제2 배터리 셀(C2), 제3 배터리 셀(C3) 및 제4 배터리 셀(C4)의 제2 SOC를 산출할 수 있다. 그리고 제어부(103)는 산출한 제2 SOC에 기반하여, 밸런싱부(107)를 통해 제2차 밸런싱 과정을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)을 줄여가면서 반복적으로 밸런싱을 수행하기 때문에, 중복 밸런싱을 방지하여 과충전 또는 과방전의 문제를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 밸런싱 과정에서, 배터리 셀(11) 각각에 대한 밸런싱 시간을 산출하고 저장하는 것이 아니라, 타겟 그룹별로 밸런싱 시간을 산출하고 저장하기 때문에, 밸런싱 시간을 저장하기 위해 요구되는 저장 공간을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도 3의 각 단계에 대한 수행 주체는, 본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)의 각 구성요소라 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 런싱 방법은 SOC 산출 단계(S101), 기준 셀 선택 단계(S103), 타겟 그룹 선택 단계(S105), 타겟 셀 선정 단계(S107), 밸런싱 시간 산출 단계(S109) 및 배터리 셀 밸런싱 단계(S111)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 각 단계를 도 1을 참조하여 설명한다.
SOC 산출 단계(S101)는 배터리 밸런싱 장치(100)에 연결된 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 각각의 SOC를 산출할 수 있다.
예를 들어, 도 1의 실시예에서, 전압측정부(101)가 센싱라인(SL1, SL2, SL3, SL4 및 SL5)을 통해서 제1 내지 제4 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4)의 전압을 측정할 수 있다. 전압측정부(101)는 측정한 제1 내지 제4 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4)의 전압을 제어부(103)로 송신할 수 있다. 제어부(103)는 전압측정부(101)로부터 제1 내지 제4 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4)의 전압을 수신하고, 수신한 전압에 기반하여 제1 내지 제4 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4) 각각의 제1 SOC를 산출할 수 있다.
기준 셀 선택 단계(S103)는 배터리 모듈에 포함된 다수의 배터리 셀 중 특정 셀을 기준 셀로서 선택할 수 있다. 예컨대, S103 단계는, 도 1의 실시예에서 제1 내지 제4 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4) 중 어느 하나의 기준 셀을 선택하는 단계일 수 있다. 특히, S103 단계에서, SOC가 최소인 배터리 셀 또는 SOC가 최대인 배터리 셀이 기준 셀로 선택될 수 있다. 이하에서는 SOC가 최소인 배터리 셀이 기준 셀로 선택될 때의 예시를 설명한다.
보다 구체적으로, 도 1의 실시예에서, 제어부(103)는 제1 내지 제4 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4)의 SOC를 비교하여, 제1 SOC가 최소인 배터리 셀을 기준 셀로 선택할 수 있다. 예컨대, 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC가 40%이고, 제2 배터리 셀(C2)의 제1 SOC가 80%이고, 제3 배터리 셀(C3)의 제1 SOC가 60%이고, 제4 배터리 셀(C4)의 제1 SOC가 50%이면, 제어부(103)는 제1 배터리 셀(C1)을 기준 셀로 선택할 수 있다.
타겟 그룹 선택 단계(S105)는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 중, 기준 셀을 제외한 하나 이상의 배터리 셀을 그룹화하여 타겟 그룹을 선택할 수 있다. 예를 들어, S105 단계는, 배터리 밸런싱 장치(100)와 연결된 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 SOC를 가진 배터리 셀을 타겟 그룹으로 선택하는 단계일 수 있다.
기설정된 정상범위 설명 간략히 (여기서, 기설정된 정상범위는 ~~ 에 따라 설정될 수 있다.)
예컨대, 기설정된 정상범위가 15%라고 가정한다. 앞선 예시에서, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11) 중 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)의 제1 SOC가 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어났으므로, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)과 제3 배터리 셀(C3)을 제1 타겟 그룹으로 선택할 수 있다.
타겟 셀 선정 단계(S107)는 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 밸런싱 시간 산출에 기준이 되는 타겟 셀을 선정할 수 있다.
특히, S107 단계에서, 제어부(103)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 제1 SOC가 가장 작은 배터리 셀(11)을 타겟 셀로 선정할 수 있다. 만약, 기준 셀이 배터리 모듈(10)에 속한 배터리 셀(11) 중 제1 SOC가 가장 큰 배터리 셀(11)로 선택되었다면, 제어부(103)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 제1 SOC가 가장 큰 배터리 셀(11)을 타겟 셀로 선정할 수 있다.
앞선 예시에서, 제2 배터리 셀(C2)의 제1 SOC는 80%이고, 제3 배터리 셀(C3)의 제1 SOC는 60%이므로, 제어부(103)는 제1 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 제3 배터리 셀(C3)을 타겟 셀로 선정할 수 있다.
밸런싱 시간 산출 단계(S109)는 타겟 셀의 SOC와 기준 셀의 SOC의 차이에 따라 타겟 그룹에 속한 배터리 셀에 대한 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
예컨대, SOC가 1% 차이날 때 산출되는 밸런싱 시간이 1초라고 가정한다. 앞선 예시에서, 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC와 타겟 셀인 제3 배터리 셀(C3)의 제1 SOC의 차이는 20%이므로, 제어부(103)는 기준 셀의 SOC와 타겟 셀의 SOC의 차이에 기반하여 20초의 제1 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.
배터리 셀 밸런싱 단계(S111)는 산출된 밸런싱 시간 동안 타겟 그룹에 속한 배터리 셀들 전부를 일괄적으로 밸런싱할 수 있다.
특히, S111 단계에서, 제어부(103)는 산출된 제1 밸런싱 시간을 저장부(105)에 저장할 수 있다. 제어부(103)는 저장부(105)에 저장된 제1 밸런싱 시간을 감소시키면서, 밸런싱부(107)를 통해 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀을 방전시킬 수 있다.
앞선 예시에서, 제1 타겟 그룹에는 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)이 속하므로, 제어부(103)는 산출된 제1 밸런싱 시간(20초) 동안 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)을 방전시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도 4를 참조하면, 배터리 셀 밸런싱 단계(S111) 이후, 추가적인 밸런싱 동작이 수행될 수 있다. 이하에서는, 앞선 도 3의 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법은 배터리 셀 밸런싱 단계(S111) 이후에 SOC 재산출 단계(S113)를 더 포함할 수 있다.
SOC 재산출 단계(S113)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)에 대한 제1차 밸런싱이 완료된 이후, 추가적인 밸런싱이 필요한 배터리 셀(11)을 탐색하기 위하여 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 SOC를 재산출할 수 있다.
예컨대, 앞선 예시에서, 제1 밸런싱 시간(20초) 동안 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)에 대한 제1차 밸런싱이 완료된 이후, 전압측정부(101)는 제1 타겟 그룹에 속한 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)의 제2 전압을 측정하고, 측정한 제2 전압을 제어부(103)로 송신할 수 있다.
제어부(103)는 전압측정부(101)로부터 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3)의 제2 전압을 수신하고, 수신한 제2 전압에 기반하여 제2 배터리 셀(C2) 및 제3 배터리 셀(C3) 각각의 제2 SOC를 산출할 수 있다.
예컨대, 앞선 예시에서, 제2 배터리 셀(C2)의 제2 SOC는 제1 SOC에서 20% 감소하여 60%로 산출되고, 제3 배터리 셀(C3)의 제2 SOC는 제1 SOC에서 20% 감소하여 40%로 산출될 수 있다.
SOC 재산출 단계(S113) 이후, 제어부(103)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11) 중 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 제2 SOC를 가진 배터리 셀을 제2 타겟 그룹을 선택할 수 있다.
예컨대, 앞선 예시에서, 제2 배터리 셀(C2)의 제2 SOC는 60%으로, 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어났지만, 제3 배터리 셀(C3)의 제2 SOC는 40%으로, 기준 셀인 제1 배터리 셀(C1)의 제1 SOC와 동일하다. 따라서, 제어부(103)는 제2 배터리 셀(C2)을 제2 타겟 그룹으로 선택할 수 있다.
배터리 밸런싱 장치(100)는 제2 타겟 그룹에 대해 타겟 셀 선정 단계(S107), 밸런싱 시간 산출 단계(S109), 배터리 셀 밸런싱 단계(S111) 및 SOC 재산출 단계(S113)를 반복적으로 수행할 수 있다. 즉, 배터리 밸런싱 장치(100)는 제1 타겟 그룹에 속한 배터리 셀(11)의 SOC가 전부 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위에 속하게 될 때까지 반복적으로 밸런싱을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 배터리 셀(11) 각각에 대한 밸런싱 시간을 산출하여 저장하지 않고, 타겟 그룹 단위로 밸런싱 시간을 산출하여 저장하기 때문에, 밸런싱 시간을 저장하는 저장부(105)의 저장 용량을 효율적으로 사용할 수 있다. 따라서, 배터리 밸런싱 장치(100)는 요구하는 저장 용량을 간소화하여 배터리 밸런싱 장치(100)의 설계를 간소화하고, 설계 비용을 절약할 수 있다.
도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치를 통해 밸런싱 되는 배터리 셀의 SOC 변화를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 5 내지 7을 참조하여 배터리 셀을 방전시면서 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 예시를 설명한다.
도 5를 참조하면, 배터리 셀(BC)에 제1 배터리 셀(BC1), 제2 배터리 셀(BC2), 제3 배터리 셀(BC3), 제4 배터리 셀(BC4), 제5 배터리 셀(BC5) 및 제6 배터리 셀(BC6)이 포함되고, 배터리 셀(BC)은 하나의 배터리 밸런싱 장치(100)에 의해 밸런싱 된다고 가정한다. 제1 배터리 셀(BC1)의 제1 SOC는 40%이고, 제2 배터리 셀(BC2)의 제1 SOC는 60%이고, 제3 배터리 셀(BC3)의 제1 SOC는 60%이다. 제4 배터리 셀(BC4)의 제1 SOC는 80%이고, 제5 배터리 셀(BC5)의 제1 SOC는 50%이고, 제6 배터리 셀(BC6)의 제1 SOC는 40%이다. 또한, 기설정된 정상범위(Normal Range, NR)는 10%인 것으로 가정한다.
제어부(103)는 배터리 셀(BC) 중에서 가장 작은 제1 SOC를 가진 제1 배터리 셀(BC1)을 기준 셀(Standard Cell, SC)로 선택할 수 있다. 도 5의 예시에서는 제1 배터리 셀(BC1) 및 제6 배터리 셀(BC6)의 제1 SOC가 40%로 같으므로, 제어부(103)가 제1 배터리 셀(BC1)을 기준 셀(SC)로 선택한 것으로 가정한다.
제어부(103)는 산출한 제1 SOC가 기준 셀(SC)의 SOC로부터 기설정된 정상범위(NR)를 벗어난 제2 배터리 셀(BC2), 제3 배터리 셀(BC3) 및 제4 배터리 셀(BC4)를 그룹화하여 제1 타겟 그룹(TG1)을 선택할 수 있다.
제어부(103)는 제1 타겟 그룹(TG1)에 속한 배터리 셀(BC2, BC3 및 BC4) 중에서 가장 작은 제1 SOC를 가진 제2 배터리 셀(BC2)를 타겟 셀(Target Cell, TC)로 선정할 수 있다. 도 5의 예시에서는 제2 배터리 셀(BC2) 및 제3 배터리 셀(BC3)의 제1 SOC가 60%로 같으므로, 제어부(103)가 제2 배터리 셀(BC2)을 타겟 셀(TC)로 선정한 것으로 가정한다.
SOC가 1% 차이날 때, 밸런싱 시간이 1초가 걸린다고 가정하면, 제어부(103)는 기준 셀(SC)의 제1 SOC와 타겟 셀(TC)의 제1 SOC의 차이(20%)에 따른 제1 밸런싱 시간(20)초를 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 밸런싱부(107)로 하여금 산출된 제1 밸런싱 시간(20초) 동안 제1 타겟 그룹(TG1)에 속한 제2 배터리 셀(BC2), 제3 배터리 셀(BC3) 및 제4 배터리 셀(BC4)이 방전되도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 타겟 그룹(TG1)에 속하지 않은 제5 배터리 셀(BC5) 및 제6 배터리 셀(BC6)에 대해서는 밸런싱이 수행되지 않으므로, 배터리 셀(BC)의 과방전이 방지될 수 있다. 또한, 산출된 밸런싱 시간 동안 타겟 그룹에 속한 모든 배터리 셀이 일괄적으로 방전되기 때문에, 배터리 셀 각각의 밸런싱 시간을 산출하고 저장하는 종래의 기술보다 밸런싱 시간을 저장하기 위해 요구되는 메모리의 양이 획기적으로 줄어들 수 있다.
제1차 밸런싱의 결과는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6을 참조하면, 제1차 밸런싱을 수행한 이후, 제1 타겟 그룹(TG1)에 속한 제2 배터리 셀(BC2)의 제2 SOC는 40%이고, 제3 배터리 셀(BC3)의 제2 SOC는 40%이며, 제4 배터리 셀(BC4)의 제2 SOC는 60%로 감소하였다.
제어부(103)는 제1차 밸런싱 이후, 제1 타겟 그룹(TG1)에 속한 배터리 셀(B2, BC3 및 BC4)의 제2 SOC를 산출할 수 있다. 그리고 제어부(103)는 제1 타겟 그룹(TG1)에 속한 배터리 셀(B2, BC3 및 BC4)의 제2 SOC가 기준 셀(SC)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위(NR)를 벗어난 제4 배터리 셀(BC4)이 포함된 제2 타겟 그룹(TG2)을 선택할 수 있다. 이 경우, 제2 타겟 그룹(TG2)에는 제4 배터리 셀(BC4)만이 포함되므로, 제4 배터리 셀(BC4)이 타겟 셀(TC)로 선정될 수 있다.
제1차 밸런싱 과정과 동일하게, 제어부(103)는 기준 셀(SC)의 제1 SOC와 타겟 셀(TC)의 제2 SOC를 비교하여, 제2 밸런싱 시간(20초)를 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(103)는 제2 타겟 그룹(TG2)에 속한 제4 배터리 셀(BC4)을 제2 밸런싱 시간(20초) 동안 방전시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2차 밸런싱이 종료된 후, 제어부(103)는 배터리 셀(BC)의 제3 SOC를 산출할 수 있다. 제1차 밸런싱 및 제2차 밸런싱에 따른 배터리 셀(BC)의 SOC 변화를 정리하면 표 1과 같다.
초기
(제1 SOC, %)		 제1차 밸런싱 후
(제2 SOC, %)		 제2차 밸런싱 후
(제3 SOC, %)
제1 배터리 셀(BC1) 40
제2 배터리 셀(BC2) 60 40
제3 배터리 셀(BC3) 60 40
제4 배터리 셀(BC4) 80 60 40
제5 배터리 셀(BC5) 50
제6 배터리 셀(BC6) 40
표 1에서 공란은 밸런싱이 수행되지 않은 것으로서, 좌측의 값과 동일한 값을 의미한다. 제1 배터리 셀(BC1), 제5 배터리 셀(BC5) 및 제6 배터리 셀(BC6)은 밸런싱이 수행되지 않았으므로 제1 SOC와 제3 SOC가 동일할 수 있다. 제2 배터리 셀(BC2) 및 제3 배터리 셀(BC3)은 제1차 밸런싱이 수행되었으므로 제2차 SOC와 제3 SOC가 동일할 수 있다. 제4 배터리 셀(BC4)은 제2차 밸런싱이 수행되었으므로 제3 SOC가 40%로 산출될 수 있다.
도 7 및 표 1에 도시된 바와 같이, 제어부(103)는 산출된 제3 SOC가 기준 셀(SC)의 제1 SOC로부터 기설정된 정상범위(NR)를 벗어난 배터리 셀(BC)이 없는 경우, 배터리 셀(BC)의 밸런싱을 종료할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀의 SOC가 기준 셀의 SOC로부터 소정의 범위 안에 속하면 밸런싱이 종료되므로, 배터리 셀의 과방전 또는 과충전이 방지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은 상술한 본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1000)은 배터리 모듈(10)과 배터리 밸런싱 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은 배터리 밸런싱 장치(100) 이외에, 전장품(BMS, 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 팩 케이스 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 배터리 밸런싱 장치(100)는 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등과 같이 전기 에너지를 사용하는 다양한 장치에 탑재될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 에너지 저장 시스템에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 본 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 밸런싱 장치(100)는 배터리 팩(1000)에 포함된 형태일 수 있으나, 배터리 팩(1000)과는 별도의 장치로 구현될 수도 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.
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: 배터리 모듈
11: 배터리 셀
100: 배터리 밸런싱 장치
1000: 배터리 팩

Claims (12)

  1. 서로 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 전압측정부; 및
    상기 전압측정부에 의해 측정된 전압으로부터 상기 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하고, 상기 배터리 셀의 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀 및 타겟 그룹을 선택하며, 상기 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하여 상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성된 제어부를 포함하는,
    배터리 밸런싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀 중 산출된 SOC가 상기 기준 셀의 SOC로부터 기설정된 정상범위를 벗어난 배터리 셀을 상기 타겟 그룹으로 선택하도록 구성된,
    배터리 밸런싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀 중 산출된 SOC가 최소인 배터리 셀을 상기 기준 셀로 선택하고, 상기 선택된 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 중 최소 SOC를 가진 배터리 셀을 상기 타겟 셀로 선정하며, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀을 방전시키도록 구성된,
    배터리 밸런싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀 중 산출된 SOC가 최대인 배터리 셀을 상기 기준 셀로 선택하고, 상기 선택된 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 최대 SOC를 가진 배터리 셀을 상기 타겟 셀로 선정하며, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀을 충전시키도록 구성된,
    배터리 밸런싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 타겟 그룹에 대한 밸런싱이 1차로 완료된 후,
    상기 전압측정부는,
    상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀 각각의 전압을 재차 측정하고, 측정된 전압을 상기 제어부로 전송하도록 구성된,
    배터리 밸런싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 산출된 밸런싱 시간을 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 저장부에 저장된 밸런싱 시간을 감소시키면서, 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하도록 구성된,
    배터리 밸런싱 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 저장부에 저장된 밸런싱 시간에 기반하여 밸런싱이 완료되었는지 여부를 확인하고, 상기 밸런싱이 완료된 경우에 상기 전압측정부에게 전압 측정 신호를 송신하고,
    상기 전압측정부는,
    상기 제어부로부터 전압 측정 신호를 수신하면 상기 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된,
    배터리 밸런싱 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 밸런싱 장치를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 밸런싱 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  10. 배터리 밸런싱 장치에서 동작하는 배터리 밸런싱 방법에 있어서,
    서로 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 SOC를 산출하는 SOC 산출 단계;
    상기 배터리 셀의 산출된 SOC에 기반하여 기준 셀을 선택하는 기준 셀 선택 단계;
    상기 배터리 셀의 산출된 SOC 및 상기 기준 셀의 SOC에 기반하여 타겟 그룹을 선택하는 타겟 그룹 선택 단계;
    상기 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하는 타겟 셀 선정 단계;
    상기 기준 셀의 SOC와 상기 타겟 셀의 SOC의 차이에 따른 밸런싱 시간을 산출하는 밸런싱 시간 산출 단계; 및
    상기 밸런싱 시간 산출 단계에서 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 배터리 셀 밸런싱 단계를 포함하는,
    배터리 밸런싱 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 셀 밸런싱 단계 이후,
    상기 타겟 그룹에 속한 배터리 셀의 SOC를 재산출하는 SOC 재산출 단계; 및
    상기 SOC 재산출 단계에서 재산출된 배터리 셀의 SOC에 기반하여, 상기 타겟 그룹 선택 단계, 타겟 셀 선정 단계, 밸런싱 시간 산출 단계 및 배터리 셀 밸런싱 단계를 반복적으로 수행하는 반복 수행 단계를 더 포함하는,
    배터리 밸런싱 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반복 수행 단계는,
    상기 타겟 그룹 선택 단계에서, 상기 타겟 그룹에 속하는 배터리 셀이 존재하지 않을 때까지 반복 수행되도록 구성된,
    배터리 밸런싱 방법.
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