KR20210047816A - 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치 및 방법 - Google Patents

병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치 및 방법 Download PDF

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김한솔
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이상기
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Abstract

본 발명은, 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 제1 내지 제n배터리 팩의 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면, 전체 셀 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 팩 밸런싱 목표 전압으로 설정하고, 팩 밸런싱 목표 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 팩 밸런싱 동작을 각각의 배터리 팩 단위에서 진행한다. 또한, 팩 밸런싱이 진행되는 동안 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면, 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 셀들의 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 셀 밸런싱 목표 전압으로 설정하고, 셀 밸런싱 목표 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 셀 밸런싱 동작을 각각의 배터리 팩 단위에서 진행한다. 본 발명은 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실시함으로써 인-러쉬 전류에 의한 전장 부품의 손상과 배터리 셀의 손상을 저감시킬 수 있다.

Description

병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치 및 방법{Balancing Apparatus for Parallel-Connected Battery Pack and Method thereof}
본 발명은 배터리 팩의 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩에 대한 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
배터리는 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 스마트 폰, 스마트 패드 등의 모바일 디바이스뿐만 아니라 전기로 구동되는 자동차(EV, HEV, PHEV)나 대용량 전력 저장 장치(ESS) 등의 분야로까지 그 용도가 급속도로 확산되고 있다.
전기 자동차에 탑재되는 배터리 시스템은 높은 에너지 용량을 확보하기 위해 병렬 연결된 복수의 배터리 팩을 포함하며, 각 배터리 팩은 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함한다.
본 명세서에서, 배터리 셀은 단위 셀 하나 또는 병렬 연결된 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다. 단위 셀은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 단위 셀로 간주될 수 있다.
배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀들은 전기화학적 특성이 동일하지 않다. 또한, 충방전 사이클 수가 증가하면 각 배터리 셀마다 퇴화 속도가 달라지므로 배터리 셀들의 성능 편차는 더 커진다.
통상적으로 배터리 셀의 퇴화 정도가 클수록 전압의 변화 속도가 상대적으로 크다. 따라서, 복수의 배터리 셀이 충전 또는 방전되는 동안 배터리 셀들의 전압은 편차를 나타낸다.
배터리 시스템이 충전 또는 방전될 때, 배터리 셀들 상호 간에 전압 편차가 발생하면, 배터리 팩들 상호 간에도 팩 전압 편차가 발생한다. 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압이 동일하지 않기 때문이다. 여기서, 팩 전압은 배터리 팩 내에 포함된 직렬 연결된 배터리 셀들의 전압을 합산한 값에 해당한다.
배터리 팩들 사이에 팩 전압 편차가 발생하면 배터리 시스템의 충전 또는 방전이 시작될 때 소정 시간 동안 배터리 팩들 사이에서 짧은 시간 동안 인-러쉬 전류(In-rush current)가 흐른다.
인-러쉬 전류는 전압이 높은 배터리 팩으로부터 전압이 낮은 배터리 팩으로 흐른다. 인-러쉬 전류는 배터리 시스템이 장착된 부하 장치에 포함되어 있는 전장 부품, 예를 들어 릴레이 스위치 등을 손상시키며, 인-러쉬 전류가 흐르는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀의 손상을 일으킨다.
종래의 밸런싱 전략은 직렬 연결된 배터리 셀들의 전압 편차를 제거하는 것에 주안점을 두었다. 하지만, 병렬 연결된 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에서는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들만을 밸런싱 하면 팩 전압 편차가 증가하면서 인-러쉬 전류 문제가 더욱 심화된다.
따라서, 병렬 연결된 배터리 팩에 대해서는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들에 대한 밸런싱 뿐만 아니라 적절한 시점에 배터리 팩들 상호간의 밸런싱도 함께 진행하여 인-러쉬 전류로부터 비롯될 수 있는 문제를 효과적으로 방지할 필요가 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 병렬로 연결된 배터리 팩들을 포함하는 배터리 시스템에서 배터리 팩들 상호간 또는 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 상호간의 전압 밸런싱을 효과적으로 수행할 수 있는 병렬 배터리 팩의 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 병렬 배터리 팩의 밸런싱 장치는, 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실시할 수 있는 장치로서, 상호 병렬로 연결되고 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하고 있는 제1 내지 제n배터리 팩; 각 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 전압을 측정하는 전압 측정 유닛; 복수의 배터리 셀들과 상호 대응하도록 병렬 연결된 복수의 방전 회로; 및 상기 전압 측정 유닛 및 상기 복수의 방전 회로와 동작 가능하게 연결된 제어 유닛을 포함한다.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 일정한 시간 간격을 두고 상기 전압 측정 유닛을 통해 각 배터리 팩에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 측정하고, 상기 측정된 배터리 셀들의 전압으로부터 각 배터리 팩의 팩 전압을 결정하고, 팩 전압 편차와 각 배터리 팩의 셀 전압 편차를 결정하고, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 제1 내지 제n배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 팩 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀을 식별하고, 식별된 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 팩 전압 편차를 상기 제1임계값 이하로 감소시키고, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 셀 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 셀 전압 편차를 상기 제2임계값 이하로 감소시키도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 각각의 방전 회로는 스위치와 저항을 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제어 유닛은, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하이고 각 배터리 팩의 셀 전압 편차가 제2임계값 이하이면 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 중단하도록 구성될 수 있다.
또 따른 측면에 따르면, 상기 제어 유닛은, 병렬 연결된 배터리 팩의 충방전 사이클 수가 증가함에 따라서 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 밸런싱 장치는, 각 배터리 팩으로 유입되는 인-러쉬 전류를 측정하는 전류 측정 유닛을 더 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 전류 측정 유닛을 이용하여 각 배터리 팩으로 유입되는 인-러쉬 전류를 측정하여 인-러쉬 전류의 최대값을 결정하고, 인-러쉬 전류의 최대값의 레벨에 따라 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 제1 내지 제n배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 전체 셀 전압들의 평균 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중 가장 낮은 셀 전압 또는 평균 셀 전압을 상기 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 기술적 과제는, 상술한 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치를 포함하는, 배터리 관리 시스템 또는 전기 구동 장치에 의해 달성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법은, (a) 일정한 시간 간격을 두고 전압 측정 유닛을 통해 복수의 배터리 팩에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 배터리 셀들의 전압으로부터 각 배터리 팩의 팩 전압을 결정하는 단계; (c) 팩 전압 편차와 각 배터리 팩의 셀 전압 편차를 결정하는 단계; (d) 상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 복수의 배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 팩 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀을 식별하고, 식별된 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 팩 전압 편차를 상기 제1임계값 이하로 감소시키는 단계; 및 (e) 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하이면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 셀 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 셀 전압 편차를 상기 제1임계값 이하로 감소시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 밸런싱 방법은, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하이고 각 배터리 팩의 셀 전압 편차가 제2임계값 이하이면 팩 밸런싱과 셀 밸런싱 동작을 중단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 밸런싱 방법은, 병렬 연결된 배터리 팩의 충방전 사이클 수가 증가함에 따라서 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 밸런싱 방법은, 전류 측정 유닛을 이용하여 각 배터리 팩으로 유입되는 인-러쉬 전류를 측정하는 단계; 및 인-러쉬 전류의 최대값을 결정하고, 인-러쉬 전류의 최대값의 레벨에 따라 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 (d) 단계에서, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 제1 내지 제n배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 전체 셀 전압들의 평균 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 (e) 단계에서, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중 가장 낮은 셀 전압 또는 평균 셀 전압을 상기 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 병렬 연결된 배터리 팩들을 포함하는 배터리 시스템에서 팩 간의 전압 차이를 줄임으로써 인-러쉬 전류로 인한 전장 부품(예를 들어, 릴레이 스위치)의 손상이나 배터리 셀의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 팩 상호 간의 팩 밸런싱과 배터리 팩 내부의 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 사용함으로써 팩 전압 편차를 최소한으로 유지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치의 구성은 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법에 관한 순서도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 방법을 적용했을 때 팩 밸런싱과 셀 밸런싱이 상호 보완적으로 이루어지는 과정을 구체적으로 나타낸 실시예이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 장치를 포함하는 배터리 시스템에 대한 블록 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 장치를 포함하는 전기 구동 장치에 대한 블록 다이어그램이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 배터리 셀은 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다.
한편, 리튬 이차 전지에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 이차 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 리튬 이차 전지의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 이차 전지의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 이차 전지라면 모두 상기 리튬 이차 전지의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
본 발명은 리튬 이차 전지 이외의 다른 이차 전지에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 이차 전지라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
또한, 배터리 셀은 하나의 단위 셀 또는 병렬 연결된 복수의 단위 셀을 지칭할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 장치(10)는, 병렬로 연결된 제1 내지 제n배터리 팩(P1, P2,…, Pn)에 결합되어 제1 내지 제n배터리 팩(P1, P2,…, Pn)에 대한 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실시할 수 있는 장치이다.
제1 내지 제n배터리 팩(P1, P2,…, Pn) 각각은 내부에 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함한다. 즉, 제1배터리 팩(P1)은 직렬 연결된 제1 내지 제p배터리 셀(C11-C1p)을 포함한다. 또한, 제2배터리 팩(P2)은 직렬 연결된 제1 내지 제p배터리 셀(C21-C2p)을 포함한다. 또한, 제n배터리 팩(Pn)은 직렬 연결된 제1 내지 제p배터리 셀(Cn1-Cnp)을 포함한다. 제3배터리 팩부터 제n-1배터리 팩의 도시는 생략되었으나, 도시된 배터리 팩과 동일하게 직렬 연결된 p개의 배터리 셀들을 포함하고 있다.
본 발명에 있어서, 팩 밸런싱은 제1 내지 제n배터리 팩(P1, P2,…, Pn) 상호 간의 전압 편차가 제1임계값을 초과했을 때 실행되는 밸런싱을 지칭한다. 또한, 셀 밸런싱은 배터리 팩 내에 포함된 배터리 셀들 상호 간의 전압 편차가 제2임계값을 초과했을 때 실행되는 밸런싱을 지칭한다. 일 예에서, 밸런싱은 배터리 셀에 저장된 에너지를 방전을 통해 소모하는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 밸런싱 장치(10)는 각 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 전압을 측정하는 전압 측정 유닛(20)을 포함한다. 전압 측정 유닛(20)은 배터리 팩 내부에 설치되어 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 복수의 전압 측정 회로를 포함한다. 즉, 제1배터리 팩(P1)은 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)를 포함한다. 또한, 제2배터리 팩(P2)은 제1 내지 제p전압 측정 회로(V21-V2p)를 포함한다. 또한, 제n배터리 팩(Pn)은 제1 내지 제p전압 측정 회로(Vn1-Vnp)를 포함한다. 제3배터리 팩부터 제n-1배터리 팩의 도시는 생략되었으나, 제3배터리 팩부터 제n-1배터리 팩은 도시된 배터리 팩과 동일하게 p개의 전압 측정 회로를 포함하고 있다.
제1배터리 팩(P1)에 포함된 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어 유닛(40)과 전기적으로 결합된다. 또한, 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)는 제어 유닛(40)의 통제 하에 시간 간격을 두고 제1 내지 제p배터리 셀(C11, C12, C13,…, C1p)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 제어 유닛(40)으로 출력한다. 제어 유닛(40)은 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)로부터 출력되는 신호로부터 각 배터리 셀(C11, C12, C13,…, C1p)의 전압을 결정하고 결정된 전압 값을 저장 유닛(50)에 저장한다.
유사하게, 제2배터리 팩(P2)에 포함된 제1 내지 제p전압 측정 회로(V21-V2p)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어 유닛(40)과 전기적으로 결합된다. 또한, 제1 내지 제p전압 측정 회로(V21-V2p)는 제어 유닛(40)의 통제 하에 시간 간격을 두고 제1 내지 제p배터리 셀(C21, C22, C23,…, C2p)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 제어 유닛(40)으로 출력한다. 제어 유닛(40)은 제1 내지 제p전압 측정 회로(V21-V2p)로부터 출력되는 신호로부터 각 배터리 셀(C21, C22, C23,…, C2p)의 전압을 결정하고 결정된 전압 값을 저장 유닛(50)에 저장한다.
유사하게, 제n배터리 팩(Pn)에 포함된 제1 내지 제p전압 측정 회로(Vn1-Vnp)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어 유닛(40)과 전기적으로 결합된다. 또한, 제1 내지 제p전압 측정 회로(Vn1-Vnp)는 제어 유닛(40)의 통제 하에 시간 간격을 두고 제1 내지 제p배터리 셀(Cn1, Cn2, Cn3,…, Cnp)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 제어 유닛(40)으로 출력한다. 제어 유닛(40)은 제1 내지 제p전압 측정 회로(Vn1-Vnp)로부터 출력되는 신호로부터 각 배터리 셀(Cn1, Cn2, Cn3,…, Cnp)의 전압을 결정하고 결정된 전압 값을 저장 유닛(50)에 저장한다.
전압 측정 유닛(20)을 구성하는 각각의 전압 측정 회로는 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로, 예를 들어 차동증폭기(differential amplifier)를 포함한다. 전압 측정 회로의 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
저장 유닛(50)은 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 저장 유닛(50)은 RAM, ROM, EEPROM, 레지스터 또는 플래쉬 메모리일 수 있다. 저장 유닛(50)은 또한 제어 유닛(40)에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어 유닛(40)과 전기적으로 연결될 수 있다.
저장 유닛(50)은 또한 제어 유닛(40)이 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송한다. 저장 유닛(50)은 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하고, 제어 유닛(40) 내에 포함되는 것을 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 밸런싱 장치(10)는 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 내에 설치된 밸런싱 유닛(30)을 포함한다. 밸런싱 유닛(30)은 배터리 팩 내부에 설치되어 상호 보완적으로 실시되는 팩 밸런싱 또는 셀 밸런싱 과정에서 각 배터리 셀을 방전시킬 수 있는 복수의 방전 회로를 포함한다. 즉, 제1배터리 팩(P1)은 제1 내지 제p방전 회로(B11-B1p)를 포함한다. 또한, 제2배터리 팩(P2)은 제1 내지 제p방전 회로(B21-B2p)를 포함한다. 또한, 제n배터리 팩(Pn)은 제1 내지 제p방전 회로(Bn1-Bnp)를 포함한다. 제3배터리 팩부터 제n-1배터리 팩의 도시는 생략되었으나, 제3배터리 팩부터 제n-1배터리 팩은 도시된 배터리 팩과 동일하게 p개의 방전 회로를 포함하고 있다.
제1배터리 팩(P1)에 포함된 제1 내지 제p방전 회로(B11-B1p)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어 유닛(40)과 전기적으로 결합된다. 또한, 제1 내지 제p방전 회로(B11-B1p)의 각각은 제어 유닛(40)의 통제 하에 자신과 연결된 배터리 셀을 방전시킨다. 이를 위해, 제1 내지 제p방전 회로(B11-B1p)의 각각은 저항(R)과 스위치(S)를 포함한다. 제어 유닛(40)는 스위치(S)에 턴온 신호 또는 턴오프 신호를 인가한다. 스위치(S)에 턴온 신호가 인가되면 방전 회로가 동작을 개시하고, 스위치(S)에 턴오프 신호가 인가되면 방전 회로가 동작을 중단한다.
유사하게, 제2배터리 팩(P2)에 포함된 제1 내지 제p방전 회로(B21-B2p)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어 유닛(40)과 전기적으로 결합된다. 또한, 제1 내지 제p방전 회로(B21-B2p)의 각각은 제어 유닛(40)의 통제 하에 자신과 연결된 배터리 셀을 방전시킨다. 이를 위해, 제1 내지 제p방전 회로(B21-B2p)의 각각은 저항(R)과 스위치(S)를 포함한다. 제어 유닛(40)는 스위치(S)에 턴온 신호 또는 턴오프 신호를 인가한다. 스위치(S)에 턴온 신호가 인가되면 방전 회로가 동작을 개시하고, 스위치(S)에 턴오프 신호가 인가되면 방전 회로가 동작을 중단한다.
유사하게, 제n배터리 팩(Pn)에 포함된 제1 내지 제p방전 회로(Bn1-Bnp)는 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어 유닛(40)과 전기적으로 결합된다. 또한, 제1 내지 제p방전 회로(Bn1-Bnp)의 각각은 제어 유닛(40)의 통제 하에 자신과 연결된 배터리 셀을 방전시킨다. 이를 위해, 제1 내지 제p방전 회로(Bn1-Bnp)의 각각은 저항(R)과 스위치(S)를 포함한다. 제어 유닛(40)는 스위치(S)에 턴온 신호 또는 턴오프 신호를 인가한다. 스위치(S)에 턴온 신호가 인가되면 방전 회로가 동작을 개시하고, 스위치(S)에 턴오프 신호가 인가되면 방전 회로가 동작을 중단한다.
일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 밸런싱 장치(10)는 제어 유닛(40)을 포함한다. 제어 유닛(40)은 일정한 시간 간격을 두고 제1배터리 팩(P1)의 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p), 제2배터리 팩(P2)의 제1 내지 제p전압 측정 회로(V21-V2p) 및 제n배터리 팩(Pn)의 제1 내지 제p전압 측정 회로(Vn1-Vnp)를 제어하여 각 전압 측정 회로로부터 배터리 셀들의 전압 측정 신호를 수신하고 모든 배터리 셀들의 전압 값을 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 제3 내지 제n-1배터리 팩에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 측정된 배터리 셀들의 전압으로부터 제1 내지 제n 배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압을 결정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 즉, 제어 유닛(40)은 제1배터리 팩(P1)에 포함된 제1 내지 제p배터리 셀(C11-C1p)의 전압 값을 합산하여 제1배터리 팩(P1)의 팩 전압을 결정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 제2배터리 팩(P2)에 포함된 제1 내지 제p배터리 셀(C21-C2p)의 전압 값을 합산하여 제2배터리 팩(P2)의 팩 전압을 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 제n배터리 팩(Pn)에 포함된 제1 내지 제p배터리 셀(Cn1-Cnp)의 전압 값을 합산하여 제n배터리 팩(Pn)의 팩 전압을 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 제3 내지 제n-1배터리 팩에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 저장 유닛(50)에 기록된 배터리 셀들의 전압 정보를 이용하여 팩 전압 편차와 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 셀 전압 편차를 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 즉, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압들 중에서 최대값과 최소값의 차이를 팩 전압 편차로 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제p배터리 셀(C11-C1p)의 전압들 중에서 최대값과 최소값의 차이를 제1배터리 팩(P1)의 셀 전압 편차로 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제p배터리 셀(C21-C2p)의 전압들 중에서 최대값과 최소값의 차이를 제2배터리 팩(P2)의 셀 전압 편차로 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제p배터리 셀(Cn1-Cnp)의 전압들 중에서 최대값과 최소값의 차이를 제n배터리 팩(Pn)의 셀 전압 편차로 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 제3 내지 제n-1배터리 팩에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정한다.
비제한적인 예로서, 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압은 전체 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 전체 셀 전압들의 평균 전압일 수 있다. 제1임계값은 본 발명의 목적을 달성할 수 있도록 최적화된 값으로 설정되어 저장 유닛(50)에 미리 기록된다. 일 예에서, 제1임계값은 1.2V 내지 1.5V 사이의 값을 가질 수 있는데 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제어 유닛(40)은 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 배터리 셀들 중에서 팩 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀(들)을 식별하고, 식별된 배터리 셀(들)과 연결된 방전 회로에 포함된 스위치(S)에 턴온신호를 인가하여 해당 방전 회로를 동작시킴으로써 팩 밸런싱 동작을 개시한다.
제어 유닛(40)은 또한 팩 밸런싱 동작이 개시된 이후에는 앞서 설명한 바와 같이 시간 간격을 두고 제1배터리 팩(P1)의 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)를 이용하여 제1 내지 제p배터리 셀(C11, C12, C13,…, C1p)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 전압 측정 및 저장 동작은 제2내지 제n배터리 팩(P2-Pn)에 대해서도 동일하게 적용된다.
제어 유닛(40)은 또한 팩 밸런싱이 이루어지고 있는 동안 배터리 셀들의 전압이 측정될 때마다 저장 유닛(50)에 기록된 배터리 셀들의 전압 정보에 기초하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 대한 팩 전압을 결정하고, 팩 전압 정보에 기초하여 팩 전압 편차를 결정하고, 팩 전압 편차의 크기를 모니터한다.
제어 유닛(40)은 또한 모니터 중인 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 팩 밸런싱을 중단하기 위해 턴온 신호가 인가되었던 방전 회로를 식별하고 식별된 방전 회로에 포함된 스위치에 턴오프 신호를 인가하여 식별된 방전 회로의 동작을 중지시킨다. 이로써, 팩 밸런싱 모드가 중단된다.
제어 유닛(40)은 또한 팩 밸런싱 모드가 중단 이후에 다시 앞서 설명한 바와 같이 시간 간격을 두고 제1배터리 팩(P1)의 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)를 이용하여 제1 내지 제p배터리 셀(C11, C12, C13,…, C1p)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 제2내지 제n배터리 팩(P2-Pn)에 대해서도 동일하게 적용된다.
제어 유닛(40)은 또한 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제p배터리 셀(C11-C1p)의 전압들 중에서 최대값과 최소값의 차이를 제1배터리 팩(P1)의 셀 전압 편차로 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제p배터리 셀(C21-C2p)의 전압들 중에서 최대값과 최소값의 차이를 제2배터리 팩(P2)의 셀 전압 편차로 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 또한, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제p배터리 셀(Cn1-Cnp)의 전압들 중에서 최대값과 최소값의 차이를 제n배터리 팩(Pn)의 셀 전압 편차로 결정하고 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 제3 내지 제n-1배터리 팩에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 셀 전압 편차를 참조하여 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별한다. 식별된 배터리 팩의 수는 하나 또는 복수일 수 있고, 제2임계값은 최적화된 값으로 설정되어 저장 유닛(50)에 미리 기록된다. 제2임계값은 제1임계값보다는 그 크기가 작으며, 일 예로 0.1V 내지 0.5V 사이의 값을 가질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제어 유닛(40)은 또한 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 셀 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시킴으로써 셀 밸런싱 동작을 개시한다. 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 것으로 식별된 배터리 팩 별로 독립적으로 적용되는 것이 바람직하다. 비제한적인 예시로서, 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압은 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 평균 셀 전압일 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 셀 밸런싱 동작이 개시된 이후에는 앞서 설명한 바와 같이 시간 간격을 두고 제1배터리 팩(P1)의 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)를 이용하여 제1 내지 제p배터리 셀(C11, C12, C13,…, C1p)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 전압 측정 및 저장 동작은 제2내지 제n배터리 팩(P2-Pn)에 대해서도 동일하게 적용된다.
제어 유닛(40)은 또한 셀 밸런싱이 이루어지고 있는 동안 배터리 셀들의 전압이 측정될 때마다 저장 유닛(50)에 기록된 배터리 셀들의 전압 정보에 기초하여 셀 밸런싱이 이루어지고 있는 해당 배터리 팩에 대한 셀 전압 편차를 결정하고 그 크기를 모니터한다.
제어 유닛(40)은 또한 모니터 중인 셀 전압 편차가 제2임계값 이하가 되면 해당 조건이 충족되는 배터리 팩을 식별하고, 셀 밸런싱을 중단하기 위해 식별된 배터리 팩에 포함된 방전 회로들 중에서 턴온 신호가 인가되었던 방전 회로를 식별하고 식별된 방전 회로에 포함된 스위치에 턴오프 신호를 인가하여 식별된 방전 회로의 동작을 중지시킨다. 이로써, 셀 전압 편차가 제2임계값 이하로 떨어진 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 모드가 중단된다. 물론, 제어 유닛(40)은 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩에 대해서는 셀 밸런싱 모드를 유지한다. 또한, 제어 유닛(40)은 셀 전압 편차의 모니터링과 그 결과를 토대로 한 셀 밸런싱 모드의 유지 또는 중단은 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩이 식별되는 동안 계속해서 반복할 수 있다.
제어 유닛(40)은 위와 같은 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실시함으로써 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 상호 간의 팩 전압 편차를 제1임계값 이하로 유지할 수 있고, 동시에 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 각각의 내부 셀 전압 편차를 제2임계값 이하로 유지할 수 있다.
제어 유닛(40)은 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 포함하는 밸런싱 모드를 주기적으로 실행할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 밸런싱 모드가 진행되는 동안에는 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)을 포함하는 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 중단할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)는 배터리 시스템의 충전 또는 방전이 진행되는 동안 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 주기적으로 측정하면서 팩 밸런싱 개시 조건이 충족될 때마다 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 중단하고 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 실행할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 팩 밸런싱과 셀 밸런싱의 종료 조건이 충족되면, 다시 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 개시할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 배터리 시스템이 무부하 상태에 있을 때 무부하 상태가 소정 시간 경과된 이후에 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 측정하고 팩 밸런싱 개시 조건이 충족되면 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 실행할 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 팩 전압 편차가 제1임계값 이하이고 각 배터리 팩의 셀 전압 편차가 제2임계값 이하이면 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 중단하는 것은 자명하다.
다른 측면에 따르면, 제어 유닛(40)은, 병렬 연결된 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)을 포함하는 배터리 시스템의 충방전 사이클 수를 카운트하여 저장 유닛(50)에 기록하고 충방전 사이클 수가 증가함에 따라서 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키도록 구성될 수 있다. 충방전 사이클 수가 증가하면 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 열화가 진행되어 팩 상호 간의 성능 차이가 커지게 되므로 제1임계값 및 제2임계값을 감소시킴으로써 팩 밸런싱 또는 셀 밸런싱의 개시 조건을 완화시키는 것이 바람직하다.
충방전 사이클 수는 배터리 시스템이 미리 설정된 충전 상태 이상으로 충전되었다가 다시 미리 설정된 충전 상태 이하로 방전되는 회수의 누적값을 의미한다. 제어 유닛(40)은 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압을 모니터하여 배터리 시스템이 충전 또는 방전되는 동안 충방전 사이클 수를 누적 계산하여 저장 유닛(50)에 기록할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 밸런싱 장치(10)는 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)으로 유입되는 인-러쉬 전류의 크기를 측정하는 전류 측정 유닛(60)을 더 포함할 수 있다. 전류 측정 유닛(60)은 제1배터리 팩(P1)에 유입되는 인-러쉬 전류의 크기를 측정할 수 있도록 제1배터리 팩(P1)의 고전위측에 설치된 제1전류 측정 회로(I1), 제2배터리 팩(P2)에 유입되는 인-러쉬 전류의 크기를 측정할 수 있도록 제2배터리 팩(P2)의 고전위 측에 설치된 제2전류 측정 회로(I2) 및 제n배터리 팩(Pn)에 유입되는 인-러쉬 전류의 크기를 측정할 수 있도록 제n배터리 팩(Pn)의 고전위측에 설치된 제n전류 측정 회로(In)를 포함한다. 또한, 도시되어 있지는 않지만, 제3 내지 제n-1배터리 팩의 고전위측에도 인-러쉬 전류를 측정할 수 있도록 전류 측정 회로가 설치되는 것은 자명하다.
위와 같은 경우, 제어 유닛(40)은 전류 측정 유닛(60)을 이용하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)으로 유입되는 인-러쉬 전류의 크기를 측정하여 저장 유닛(50)에 기록하고 인-러쉬 전류의 최대값을 결정하고 인-러쉬 전류의 최대값의 레벨에 따라 제1임계값 및 제2임계값을 감소시키도록 구성될 수 있다.
인-러쉬 전류는 배터리 팩의 열화가 진행됨에 따라 증가하므로 인-러쉬 전류에 의한 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 손상을 방지하기 위해서는 제1임계값과 제2임계값을 감소시켜 팩 밸런싱 또는 셀 밸런싱의 개시 조건을 완화시키는 것이 바람직하다. 이를 위해, 저장 유닛(50)에는 인-러쉬 전류의 최대값에 따라서 제1임계값과 제2임계값을 참조할 수 있는 룩업 테이블이 미리 저장될 수 있고, 제어 유닛(40)은 룩업 테이블을 참조하여 인-러쉬 전류의 최대값에 따라서 제1임계값과 제2임계값을 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1 내지 제n전류 측정 회로(I1-In)는 전류의 크기에 상응하는 전압 신호를 출력하는 홀센서일 수 있다. 대안적으로, 제1 내지 제n전류 측정 회로(I1-In)는 센스 저항과 센스 저항 양단에 인가되는 전압에 해당하는 신호를 출력하는 센스저항회로일 수 있다. 센스 저항 양단에 인가되는 전압은 옴의 법칙에 따라 전류의 크기로 변환 가능하다. 전류를 측정하는 회로는 당업계에 널리 알려져 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다
본 발명에 있어서, 제어 유닛(40)은 상술한 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, 제어 유닛(40)은 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 컴퓨터 부품으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 본 발명의 저장 유닛(50)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
또한, 제어 유닛(40)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 상기 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 밸런싱 장치(10)는 도 7에 도시된 바와 같이 배터리 관리 시스템(100)에 포함될 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리의 충방전과 관련된 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, 당업계에서 Battery Management System으로 불리는 컴퓨팅 시스템이다.
또한, 본 발명에 따른 밸런싱 장치(10)는 도 8에 도시된 바와 같이 다양한 종류의 전기 구동 장치(200)에 탑재될 수 있다.
일 측면에 따르면, 전기구동 장치(200)는, 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 모바일 컴퓨터 장치, 또는 디지털 카메라, 비디오 카메라, 오디오/비디오 재생 장치 등을 포함한 핸드 헬드 멀티미디어 장치일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전기 구동 장치(200)는, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 열차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같이 전기에 의해 이동이 가능한 전기 동력 장치, 또는 전기 드릴, 전기 그라인더 등과 같이 모터가 포함된 파워 툴일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제어 유닛(40)이 병렬 연결된 배터리 팩에 대한 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 제어하는 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단계 S10에서, 제어 유닛(40)은, 병렬 연결된 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템이 충전 또는 방전 중일 때 또는 배터리 시스템이 무부하 상태에 있을 때, 소정 시간이 경과되었는지 판단한다. 소정 시간은 1초 내지 수십 초일 수 있는데 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
만약, 단계 S10에서의 판단 결과가 YES이면 제어 유닛(40)은 프로세스를 S20으로 이행하여 시간 카운트를 개시한다. 반면, 단계 S10에서의 판단 결과가 NO이면 제어 유닛(40)은 프로세스의 이행을 보류한다.
제어 유닛(40)은 단계 S20을 수행한 이후에 단계 S30에서 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 전압 측정 유닛(20)을 이용하여 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압을 모두 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 단계 S30 이후에 단계 S40이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S40에서 저장 유닛(50)에 기록된 셀 전압 정보를 참조하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 각각에 대한 팩 전압을 결정하고 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압 편차를 결정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 각 배터리 팩의 팩 전압은 해당 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압을 합산하는 것에 의해 결정된다. 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압 편차는 팩 전압의 최대값과 최소값의 차이를 산출하는 것에 의해 결정한다.
또한, 제어 유닛(40)은 단계 S40에서 저장 유닛(50)에 기록된 셀 전압 정보를 참조하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 각각에 대한 셀 전압 편차를 결정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 각 배터리 팩의 셀 전압 편차는 해당 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압을 참조하여 셀 전압의 최대값과 최소값의 차이를 산출하는 것에 의해 결정한다. 단계 S40 이후에 단계 S50이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S50에서 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하는지 판별한다. 일 예에서, 제1임계값은 1.2V 내지 1.5V 사이의 값을 가진다.
만약, 단계 S50에서의 판단 결과가 YES이면, 제어 유닛(40)은 단계 S60을 진행한다. 즉, 제어 유닛(40)은 단계 S60에서 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정한다. 비제한적인 예시로서, 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압은 전체 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 전체 셀 전압들의 평균 셀 전압일 수 있다.
단계 S60 이후에 단계 S70이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S70에서 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 배터리 셀들 중에서 팩 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀(들)을 식별하고, 식별된 배터리 셀과 연결된 방전 회로에 포함된 스위치(S)에 턴온신호를 인가하여 해당 방전 회로를 동작시킴으로써 팩 밸런싱 동작을 개시한다.
제어 유닛(40)은 또한 단계 S70에서 팩 밸런싱 동작이 개시된 이후에는 시간 간격을 두고 제1배터리 팩(P1)에 포함된 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)를 이용하여 제1 내지 제p배터리 셀(C11, C12, C13,…, C1p)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 제어 유닛(40)은 제2내지 제n배터리 팩(P2-Pn)에 포함된 배터리 셀에 대해서도 동일한 방법으로 전압을 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다.
제어 유닛(40)은 또한 단계 S70에서 팩 밸런싱이 이루어지고 있는 동안 배터리 셀들의 전압이 측정될 때마다 저장 유닛(50)에 기록된 배터리 셀들의 전압 정보에 기초하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 대한 팩 전압을 결정하고, 팩 전압 정보에 기초하여 팩 전압 편차를 갱신하고, 팩 전압 편차의 크기를 모니터한다.
제어 유닛(40)은 또한 단계 S70에서 모니터 중인 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 팩 밸런싱을 중단하기 위해 턴온 신호가 인가되었던 방전 회로를 식별하고 식별된 방전 회로에 포함된 스위치(S)에 턴오프 신호를 인가하여 식별된 방전 회로의 동작을 중지시킨다. 이로써, 팩 밸런싱 모드가 중단된다. 단계 S70 이후에 단계 S30이 진행된다.
제어 유닛(40)은 팩 밸런싱 모드가 종료되면 단계 S30에서 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 전압 측정 유닛(20)을 이용하여 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압을 모두 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 단계 S30 이후에 단계 S40이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S40에서 저장 유닛(50)에 기록된 셀 전압 정보를 참조하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 각각에 대한 팩 전압을 결정하고 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압 편차를 결정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 각 배터리 팩의 팩 전압은 해당 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압을 합산하는 것에 의해 결정된다. 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압 편차는 팩 전압의 최대값과 최소값의 차이를 산출하는 것에 의해 결정한다.
또한, 제어 유닛(40)은 단계 S40에서 저장 유닛(50)에 기록된 셀 전압 정보를 참조하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 각각에 대한 셀 전압 편차를 결정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 각 배터리 팩의 셀 전압 편차는 해당 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압을 참조하여 셀 전압의 최대값과 최소값의 차이를 산출하는 것에 의해 결정한다. 단계 S40 이후에 단계 S50이 진행된다.
제어 유닛(40)은 단계 S50에서 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하는지 판별한다. 일 예에서, 제1임계값은 1.2V 내지 1.5V 사이의 값을 가진다. 앞서 팩 밸런싱이 진행된 상태이므로, 팩 전압 편차는 제1임계값 이하이다. 따라서, 단계 S50의 판단 결과는 YES가 되므로 프로세스는 단계 S80으로 이행한다.
제어 유닛(40)은 단계 S80에서 저장 유닛(50)에 기록된 제1 내지 제n배터리 팩(Pn)의 셀 전압 편차를 참조하여 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩(들)을 식별한다. 식별된 배터리 팩의 수는 하나 또는 복수일 수 있고, 제2임계값은 최적화된 값으로 설정되어 저장 유닛(50)에 미리 기록된다. 제2임계값은 제1임계값보다는 그 크기가 작으며, 일 예로 0.1V 내지 0.5V 사이의 값을 가질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
단계 S80의 판결 결과가 YES이면 단계 S90이 진행되는 반면, 단계 S80의 판결 결과가 NO이면 본 발명에 따른 밸런싱 절차가 종료된다.
제어 유닛(40)은 단계 S80의 판결 결과가 YES이면 단계 S90에서 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정한다. 바람직하게 셀 밸런싱 타겟 전압은 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 것으로 식별된 배터리 팩 별로 독립적으로 결정될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압은 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 평균 셀 전압일 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 단계 S100에서 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 셀 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시킴으로써 셀 밸런싱 동작을 개시한다. 바람직하게, 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 것으로 식별된 배터리 팩 별로 독립적으로 적용될 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 단계 S100에서 셀 밸런싱 동작이 개시된 이후에는 앞서 설명한 바와 같이 시간 간격을 두고 제1배터리 팩(P1)의 제1 내지 제p전압 측정 회로(V11-V1p)를 이용하여 제1 내지 제p배터리 셀(C11, C12, C13,…, C1p)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하여 저장 유닛(50)에 기록한다. 이러한 제어 유닛(40)의 동작은 제2내지 제n배터리 팩(P2-Pn)에 대해서도 동일하게 적용된다.
제어 유닛(40)은 또한 단계 S100에서 셀 밸런싱이 이루어지고 있는 동안 배터리 셀들의 전압이 측정될 때마다 저장 유닛(50)에 기록된 배터리 셀들의 전압 정보에 기초하여 셀 밸런싱이 이루어지고 있는 해당 배터리 팩에 대한 셀 전압 편차를 결정하고 그 크기를 모니터한다.
제어 유닛(40)은 또한 단계 S100에서 모니터 중인 셀 전압 편차가 제2임계값 이하가 되면 해당 조건이 충족되는 배터리 팩을 식별하고, 셀 밸런싱을 중단하기 위해 식별된 배터리 팩에 포함된 방전 회로들 중에서 턴온 신호가 인가되었던 방전 회로를 식별하고 식별된 방전 회로에 포함된 스위치에 턴오프 신호를 인가하여 식별된 방전 회로의 동작을 중지시킨다. 이로써, 셀 전압 편차가 제2임계값 이하로 떨어진 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 모드가 중단된다. 물론, 제어 유닛(40)은 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩에 대해서는 셀 밸런싱 모드를 계속 유지한다. 또한, 제어 유닛(40)은 셀 전압 편차의 모니터링과 그 결과를 토대로 한 셀 밸런싱 모드의 유지 또는 중단은 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩이 식별되는 동안 계속해서 반복할 수 있다.
제어 유닛(40)은 단계 80의 판단 결과가 NO인 경우, 즉 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하지 않으면, 팩 밸런싱 또는 셀 밸런싱을 진행할 필요가 없으므로 본 발명에 따른 밸런싱 프로세스를 종료한다.
제어 유닛(40)은 위와 같은 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실시함으로써 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 상호 간의 팩 전압 편차를 제1임계값 이하로 유지할 수 있고, 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn) 각각의 내부 셀 전압 편차를 제2임계값 이하로 유지할 수 있다.
제어 유닛(40)은 상술한 밸런싱 프로세스를 일정한 시간이 경과될 때마다 주기적으로 반복할 수 있다. 따라서 제어 유닛(40)은 단계 S10에서 소정 시간이 경과되었는지 판별하고 소정 시간이 경과되면 본 발명에 따른 밸런싱 프로세스의 동작을 다시 재개할 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 밸런싱 모드가 진행되는 동안에는 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)을 포함하는 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 중단할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)는 배터리 시스템의 충전 또는 방전이 진행되는 동안 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 주기적으로 측정하면서 팩 밸런싱 개시 조건이 충족될 때마다 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 중단하고 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실행할 수 있다.
제어 유닛(40)은 또한 팩 밸런싱과 셀 밸런싱의 종료 조건이 충족되면, 다시 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 개시할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 배터리 시스템이 무부하 상태에 있을 때 무부하 상태가 소정 시간 경과된 이후에 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 측정하고 팩 밸런싱 개시 조건이 충족되면 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 실행할 수 있다.
본 발명에 따른 밸런싱 방법에 있어서, 제어 유닛(40)은, 병렬 연결된 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)을 포함하는 배터리 시스템의 충방전 사이클 수를 카운트하여 저장 유닛(50)에 기록하고 충방전 사이클 수가 증가함에 따라서 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키는 단계를 진행할 수 있다.
충방전 사이클 수가 증가하면 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 열화가 진행되어 팩 상호 간의 성능 차이가 커지게 되므로 제1임계값 및 제2임계값을 감소시킴으로써 팩 밸런싱 또는 셀 밸런싱의 개시 조건을 완화시키는 것이 바람직하다.
충방전 사이클 수는 배터리 시스템이 미리 설정된 충전 상태 이상으로 충전되었다가 미리 설정된 충전 상태 이하로 방전되는 회수를 의미한다. 제어 유닛(40)은 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 팩 전압을 모니터하여 배터리 시스템의 충방전 사이클 수를 누적 계산하여 저장 유닛(50)에 기록할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제어 유닛(40)은 전류 측정 유닛(60)을 이용하여 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)으로 유입되는 인-러쉬 전류의 크기를 측정하여 저장 유닛(50)에 기록하는 단계를 선택적으로 진행할 수 있다. 또한, 제어 유닛(40)은 저장 유닛(50)에 기록된 인-러쉬 전류의 크기를 참조하여 인-러쉬 전류의 최대값을 결정하고 인-러쉬 전류의 최대값 레벨에 따라 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
인-러쉬 전류는 배터리 팩의 열화가 진행됨에 따라 증가하므로 인-러쉬 전류에 의한 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)의 손상을 방지하기 위해서는 인-러쉬 전류의 크기에 따라 제1임계값과 제2임계값을 감소시켜 팩 밸런싱 또는 셀 밸런싱의 개시 조건을 완화시키는 것이 바람직하다.
이를 위해, 저장 유닛(50)에는 인-러쉬 전류의 최대값에 따라서 제1임계값과 제2임계값을 참조할 수 있는 룩업 테이블이 미리 저장될 수 있다. 이러한 경우, 제어 유닛(40)은 룩업 테이블을 참조하여 인-러쉬 전류의 최대값에 따라서 제1임계값과 제2임계값을 적응적으로 조절할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 팩 밸런싱과 셀 밸런싱이 상호 보완적으로 진행될 때 제1 내지 제n배터리 팩(P1-Pn)에 포함된 셀들의 전압 변화를 구체적으로 나타낸 표이다.
이하에서 설명되는 실시예에 있어서, 제1임계값과 제2임계값은 각각 1.2V 및 0.1V로 설정되었다. 또한, 팩 밸런싱 타겟 전압은 전체 팩에 포함된 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압으로 설정하였다. 또한, 셀 밸런싱 타겟 전압은 셀 밸런싱이 이루어지는 해당 배터리 팩에 포함된 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압으로 설정하였다.
도 3을 참조하면, 제1배터리 팩의 팩 전압은 18.37V, 제2배터리 팩의 팩 전압은 19.1V이고, 제n배터리 팩의 팩 전압은 17.4V이다. 제2배터리 팩의 팩 전압이 가장 높고, 제n배터리 팩의 팩 전압이 가장 낮으므로, 팩 전압 편차는 1.7V로서 제1임계값을 초과한다. 따라서, 팩 전압 밸런싱이 개시된다. 팩 밸런싱 타겟 전압은 전체 셀들의 전압 중에서 가장 크기가 전압으로 설정된다. 즉, 제n배터리 팩의 제p배터리 셀의 전압 3.4V가 팩 밸런싱 타겟 전압으로 설정된다. 그리고, 3.4V보다 전압이 큰 배터리 셀들을 방전시키는 팩 밸런싱이 개시된다. 따라서, 제1배터리 팩, 제2배터리 팩 및 제n배터리 팩은 팩 밸런싱 모드로 진입한다. 팩 밸런싱 모드가 진행될 때 방전이 되는 셀은 전압 값에밑줄을 그어 표시하였다.
도 4를 참조하면, 팩 밸런싱 모드가 진행됨에 따라, 제1배터리 팩, 제2배터리 팩 및 제n배터리 팩의 팩 전압이 서서히 낮아진다. 그 결과, 팩 전압 편차는 0.7V로서 제1임계값보다 낮은 수준으로 감소한다. 따라서, 제1배터리 팩, 제2배터리 팩 및 제n배터리 팩에 대한 팩 밸런싱이 중단된다.
제1배터리 팩과 제2배터리 팩은 셀 전압 편차가 각각 0.18V 및 0.3V로서, 제2임계값을 초과한다. 따라서, 제1배터리 팩과 제2배터리 팩은 셀 밸런싱 모드로 진입한다. 셀 밸런싱 모드에서 방전되는 셀은 전압 값에 밑줄을 그어 표시하였다. 한편, 제n배터리 팩은 셀 전압 편차가 0.1V로서 제2임계값을 초과하지 않는다. 따라서 제n배터리 팩에 대해서는 셀 밸런싱 모드가 진행되지 않는다.
도 5를 참조하면, 셀 밸런싱이 진행됨에 따라 제1배터리 팩의 셀 전압 편차는 0.08V로 감소하였고, 제2배터리 팩은 셀 전압 편차가 0.15V로서 여전히 제2임계값 보다 크다. 따라서, 제1배터리 팩에 대해서는 셀 밸런싱 모드가 중단되고, 제2배터리 팩에 대해서는 셀 밸런싱 모드가 계속 적용된다. 셀 밸런싱 모드에서 방전되는 셀은 전압 값에 밑줄을 그어 표시하였다.
도 6을 참조하면 셀 밸런싱이 계속 진행됨에 따라서 제1배터리 팩, 제2배터리 팩 및 제n배터리 팩의 셀 전압 편차가 각각 0.08V, 0.07V 및 0.1V로 낮아져서 제2임계값을 초과하지 않는다. 따라서, 제2배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 모드까지 중단됨으로써 본 발명에 따른 밸런싱 프로세스가 종료된다.
본 발명에 따르면, 병렬로 연결된 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에서 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실시함으로써 배터리 팩의 전압 편차를 줄임으로써 인-러쉬 전류에 의한 전장 부품의 손상 또는 팩 내부의 셀 손상을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부' 또는 '~유닛'이라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
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.

Claims (15)

  1. 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 상호 보완적으로 실시할 수 있는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치에 있어서,
    상호 병렬로 연결되고 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하고 있는 제1 내지 제n배터리 팩;
    각 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 전압을 측정하는 전압 측정 유닛;
    복수의 배터리 셀들과 상호 대응하도록 병렬 연결된 복수의 방전 회로; 및
    상기 전압 측정 유닛 및 상기 복수의 방전 회로와 동작 가능하게 연결된 제어 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은,
    일정한 시간 간격을 두고 상기 전압 측정 유닛을 통해 각 배터리 팩에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 측정하고, 상기 측정된 배터리 셀들의 전압으로부터 각 배터리 팩의 팩 전압을 결정하고, 팩 전압 편차와 각 배터리 팩의 셀 전압 편차를 결정하고,
    상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 제1 내지 제n배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 팩 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀을 식별하고, 식별된 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 팩 전압 편차를 상기 제1임계값 이하로 감소시키고,
    상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 셀 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 셀 전압 편차를 상기 제2임계값 이하로 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 방전 회로는 스위치와 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하이고 각 배터리 팩의 셀 전압 편차가 제2임계값 이하이면 팩 밸런싱과 셀 밸런싱을 중단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 병렬 연결된 배터리 팩의 충방전 사이클 수가 증가함에 따라서 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    각 배터리 팩으로 유입되는 인-러쉬 전류를 측정하는 전류 측정 유닛을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 전류 측정 유닛을 이용하여 각 배터리 팩으로 유입되는 인-러쉬 전류를 측정하여 인-러쉬 전류의 최대값을 결정하고, 인-러쉬 전류의 최대값의 레벨에 따라 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 제1 내지 제n배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 전체 셀 전압들의 평균 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정하도록 구성된 것을 특징을 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중 가장 낮은 셀 전압 또는 평균 셀 전압을 상기 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치.
  8. 제1항에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  9. 제1항에 따른 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 장치를 포함하는 전기 구동 장치.
  10. (a) 일정한 시간 간격을 두고 전압 측정 유닛을 통해 복수의 배터리 팩에 포함된 모든 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계;
    (b) 상기 측정된 배터리 셀들의 전압으로부터 각 배터리 팩의 팩 전압을 결정하는 단계;
    (c) 팩 전압 편차와 각 배터리 팩의 셀 전압 편차를 결정하는 단계;
    (d) 상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 복수의 배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 각 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 팩 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀을 식별하고, 식별된 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 팩 전압 편차를 상기 제1임계값 이하로 감소시키는 단계; 및
    (e) 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하이면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중에서 미리 설정된 기준에 대응되는 셀 전압을 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들 중에서 셀 밸런싱 타겟 전압보다 전압이 높은 배터리 셀과 연결된 방전 회로를 동작시켜 셀 전압 편차를 상기 제1임계값 이하로 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  11. 제10에 있어서,
    상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하이고 각 배터리 팩의 셀 전압 편차가 제2임계값 이하이면 팩 밸런싱과 셀 밸런싱 동작을 중단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    병렬 연결된 배터리 팩의 충방전 사이클 수가 증가함에 따라서 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    전류 측정 유닛을 이용하여 각 배터리 팩으로 유입되는 인-러쉬 전류를 측정하는 단계; 및
    인-러쉬 전류의 최대값을 결정하고, 인-러쉬 전류의 최대값의 레벨에 따라 상기 제1임계값 및 상기 제2임계값을 감소시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값을 초과하면 상기 제1 내지 제n배터리 팩에 포함된 전체 셀 전압들 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 전체 셀 전압들의 평균 셀 전압을 팩 밸런싱 타겟 전압으로 결정하는 것을 특징을 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서, 상기 팩 전압 편차가 제1임계값 이하가 되면 셀 전압 편차가 제2임계값을 초과하는 배터리 팩을 식별하고, 식별된 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 전압 중 가장 낮은 셀 전압 또는 평균 셀 전압을 상기 식별된 배터리 팩에 대한 셀 밸런싱 타겟 전압으로 결정하는 것을 특징으로 하는 병렬 연결된 배터리 팩의 밸런싱 방법.
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