KR20210049470A - 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배터리 관리 시스템은, 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩을 관리하는 시스템에 있어서, 상기 복수의 셀 각각의 양단에 연결되어 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC; 및 릴레이가 턴 오프되면 웨이크업 주기를 카운트하는 시간 제어부; 및 상기 웨이크업 주기가 경과하면 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되고, 상기 측정된 복수의 셀 각각의 셀 전압을 수신하며 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고 셀 밸런싱이 필요한 경우 상기 셀 모니터링 IC에 셀 밸런싱 제어 신호를 전달한 후 슬립모드로 전환하는 메인 제어 회로를 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법{Battery Management System and Battery Management Method}
본 발명은, 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS) 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다.
가솔린 등 화석연료를 주 연료 사용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있어, 최근 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기 에너지를 사용하는 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)는 충전/방전이 가능한 다수의 이차전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주 동력원으로 이용한다. 따라서, 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 배터리를 모니터링 하고 최적 상태로 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 역할이 크다.
한편, 복수의 배터리 셀 간 구조적 차이에 기인하여 배터리 셀 간의 전압 편차가 필연적으로 발생한다. 이와 같은 편차는 배터리 열화의 원인으로 작용하므로, 배터리 셀 간의 전압을 균등하게 유지하는 배터리 셀 밸런싱 동작은 배터리 관리 시스템(BMS)의 매우 중요한 요소이다.
만약, 배터리 셀 밸런싱 중 자동차 시동이 켜져 운행상태로 전환되면, 배터리 셀 간의 전압이 균등해지지 않은 상태에서 배터리 셀 밸런싱 동작이 중지된다. 또한, 배터리의 셀 밸런싱 수행되는 기간 동안 배터리 관리 시스템(BMS) 전체가 온(ON)상태인 경우, 불필요한 배터리 소모의 문제가 있다.
본 발명은, 배터리 셀 밸런싱의 최대 소요시간을 웨이크업 시간으로 재설정하여 배터리 셀 밸런싱이 수행되는 동안 MCU를 슬립모드로 운용하는 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은, 시동이 오프되어 차량이 주차 상태로 변경되면 배터리 셀 밸런싱을 수행하는 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 배터리 관리 시스템은, 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩을 관리하는 시스템에 있어서, 상기 복수의 셀 각각의 양단에 연결되어 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC; 및 릴레이가 턴 오프되면 웨이크업 주기를 카운트하는 시간 제어부; 및 상기 웨이크업 주기가 경과하면 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되고, 상기 측정된 복수의 셀 각각의 셀 전압을 수신하며 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고 셀 밸런싱이 필요한 경우 상기 셀 모니터링 IC에 셀 밸런싱 제어 신호를 전달한 후 슬립모드로 전환하는 메인 제어 회로;를 포함한다.
상기 메인 제어 회로는, 셀 밸런싱 대상으로 선정된 복수의 셀에 대한 복수의 셀 밸런싱 시간을 계산하고 상기 복수의 셀 밸런싱 시간 중 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 웨이크업 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 시간 제어부는, 상기 메인 제어 회로로부터 상기 웨이크업 제어 신호를 수신하여 상기 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 상기 웨이크업 주기를 재설정 할 수 있다.
상기 메인 제어 회로는, 상기 재설정된 웨이크업 주기가 경과하면 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환될 수 있다.
상기 메인 제어 회로는, 상기 릴레이가 턴 오프 되면 소정의 최소시간을 경과 여부를 모니터링하고 상기 최소시간을 경과하면 주차신호를 상기 시간 제어부에 전달하고, 상기 시간 제어부는, 상기 주차신호를 수신하면 웨이크업 주기를 카운트 할 수 있다.
상기 메인 제어 회로는, 셀 밸런싱 대상이 없는 경우 상기 시간 제어부의 웨이크업 동작을 디스에이블 시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 배터리 관리 방법은, 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩을 관리하는 방법에 있어서, 릴레이가 턴 오프되고 웨이크업 주기가 경과하면 시간 제어부로부터 웨이크업 신호를 수신하여 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되는 단계; 셀 모니터링 IC에 복수의 셀 각각의 셀 전압을 요청하여 수신하고 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고 셀 밸런싱이 필요한 경우 셀 밸런싱 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 셀 모니터링 IC에 상기 셀 밸런싱 제어 신호를 전달한 후 슬립모드로 전환하는 단계;를 포함한다.
상기 셀 밸런싱 제어 신호를 생성하는 단계는, 셀 밸런싱 대상으로 선정된 복수의 셀에 대한 복수의 셀 밸런싱 시간을 계산하고 상기 복수의 셀 밸런싱 시간 중 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 웨이크업 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 슬립모드로 전환하는 단계는, 상기 시간 제어부에 상기 웨이크업 제어 신호를 전달하여 상기 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 상기 웨이크업 주기가 재설정될 수 있다.
상기 슬립모드로 전환하는 단계는, 상기 재설정된 웨이크업 주기가 경과하면 상기 시간 제어부로부터 웨이크업 신호를 수신하여 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환될 수 있다.
상기 웨이크업 모드로 전환되는 단계는, 상기 릴레이가 턴 오프 되고 최소시간 경과 후 상기 웨이크업 주기가 도래하면 상기 시간 제어부로부터 웨이크업 신호를 수신하여 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환될 수 있다.
상기 슬립모드로 전환하는 단계는, 셀 밸런싱 대상이 없는 경우 상기 시간 제어부의 웨이크업 동작을 디스에이블 시킬 수 있다.
본 발명은, 배터리 셀 밸런싱의 최대 소요시간을 웨이크업 시간으로 재설정하여 불필요한 웨이크업을 방지하고, 배터리 셀 밸런싱이 수행되는 동안 MCU를 슬립모드로 운용하여 에너지를 절약하는 효과를 갖는다.
본 발명은, 배터리 셀 밸런싱이 완료되기 전 중지되는 경우를 방지하여 배터리 셀 간의 전압을 균일하게 유지함으로써 배터리의 수명을 늘리는 효과를 갖는다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 메인 제어 회로의 기능을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1의 메인 제어 회로가 웨이크업 되는 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라 차량의 일시 정차 상태와 장기 주차 상태를 구별하여 메인 제어 회로가 웨이크업 되는 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 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.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(1)은 배터리 팩(2), 릴레이(3), 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)(4)를 포함한다.
배터리 팩(2)은 복수의 배터리 셀이 직렬/병렬 연결되어 필요한 전원을 공급할 수 있다. 도 1에서는, 배터리 팩(2)이 직렬 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)을 포함하고, 배터리 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 연결되어 있으며, 배터리 시스템(1)의 양극과 출력단(OUT1) 사이에 릴레이(3)가 연결되어 있다. 도 1에 도시된 구성들 및 구성들 간의 연결 관계는 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
릴레이(3)는 배터리 시스템(1)과 외부 장치 간의 전기적 연결을 제어한다. 릴레이(3)가 온(ON) 되면, 배터리 시스템(1)과 외부 장치가 전기적으로 연결되어 충전 또는 방전이 수행되고, 릴레이(3)가 오프(OFF) 되면, 배터리 시스템(1)과 외부 장치가 전기적으로 분리된다. 외부 장치는 부하 또는 충전기일 수 있다.
BMS(4)는, 셀 밸런싱 회로(10), 셀 모니터링 IC(20), 시간 제어부(30), 및 메인 제어 회로(40)를 포함한다.
셀 밸런싱 회로(10)는 복수의 스위치(SW1-SWn) 및 복수의 저항(R1-Rn)을 포함한다. 복수의 스위치(SW1-SWn) 각각은 셀 모니터링 IC(20)로부터 공급되는 복수의 스위칭 신호(SC[1]-SC[n]) 중 대응하는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작한다. 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해서, 대응하는 스위치(SWi) 및 저항(Ri)은 해당 셀(Celli)의 양극과 음극 사이에 직렬 연결되어 있다. 스위치(SWi)가 턴 온 되면, 해당 셀(Celli), 스위치(SWi), 및 저항(Ri) 사이에 방전 경로가 형성되고, 해당 셀(Celli)이 방전한다. 이 때, i는 1부터 n까지의 자연수 중 하나이다.
셀 모니터링 IC(20)는 BMIC(Battery Monitoring IC)를 포함할 수 있다. 셀 모니터링 IC(20)는 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 양극 및 음극에 전기적으로 연결되어, 셀 전압을 측정한다. 전류 센서(미도시)에 의해 측정된 전류(이하, 배터리 전류라 함) 값은 셀 모니터링 IC(20)로 전달될 수 있다. 셀 모니터링 IC(20)는 측정된 셀 전압 및 배터리 전류에 대한 정보를 메인 제어 회로(40)에 전달한다.
셀 모니터링 IC(20)는 메인 제어 회로(40)로부터 전송되는 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 셀(Cell1-Celln) 중 셀 밸런싱 대상 셀을 셀 밸런싱 회로(10)를 통해 방전시킬 수 있다. 예를 들어, 셀 모니터링 IC(20)는 메인 제어 회로(40)의 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 스위칭 신호(SC[1]~SC[n])를 생성할 수 있다. 스위칭 신호(SC[1]~SC[n]) 각각은 대응하는 스위치(SWi)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 온 레벨의 스위칭 신호(SC[i])가 대응하는 스위치(SWi)에 공급되면, 스위치(SWi)가 턴 온 되어 해당 셀(Celli)이 방전한다.
시간 제어부(30)는 RTC(Real Time Clock)를 포함할 수 있다. RTC는 소정 주파수의 클록 신호를 생성하고, 클록 신호를 카운트하여 시간의 경과를 모니터링 할 수 있다.
시간 제어부(30)는 차량의 주차 상태 정보를 포함하는 주차신호를 메인 제어 회로(40)로부터 수신하면 웨이크업 주기를 카운트할 수 있다. 시간 제어부(30)는 웨이크업 주기가 도래하면 메인 제어 회로(40)에 웨이크업 신호를 전달하고, 웨이크업 신호를 수신한 메인 제어 회로(40)는 웨이크업 된다. 웨이크업 주기는 기 설정된 주기일 수 있고, 메인 제어 회로(40)의 웨이크업 제어 신호에 의해 재설정 될 수 있다. 예를 들어, 릴레이(3)의 턴 오프는 차량 시동이 오프(OFF) 상태인 정차 또는 주차 상태일 수 있다.
시간 제어부(30)는 메인 제어 회로(40)로부터 웨이크업 제어 신호를 수신하여 웨이크업 주기를 재설정할 수 있다. 시간 제어부(30)는 재설정된 웨이크업 주기를 카운트하여 메인 제어 회로(40)에 웨이크업 신호를 전달할 수 있다.
메인 제어 회로(40)는 MCU(Micro Control Unit)를 포함할 수 있다. 릴레이(3)가 턴 오프 되면, 메인 제어 회로(40)의 동작모드는 슬립모드가 된다. 메인 제어 회로(40)의 동작모드는 구동모드, 슬립모드, 웨이크업 모드를 포함한다. 구동모드는 릴레이(3)가 온 됨에 따라 메인 제어 회로(40)가 배터리 팩(2)을 제어하는 모드이고, 슬립모드는 릴레이(3)가 오프 됨에 따라 메인 제어 회로(40)가 유휴(idle) 상태가 되는 모드이고, 웨이크업 모드는 릴레이(3)가 오프 된 후 일시적으로 메인 제어 회로(40)가 기동되어, 배터리 팩(2)을 모니터링하고, 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하며, 셀 밸런싱이 필요한 경우 셀 밸런싱을 위해 제어 신호를 생성하는 모드이다.
예를 들어, 릴레이(3)가 턴 오프되고 웨이크업 주기가 도래하거나 또는 재설정된 웨이크업 주기가 도래하면, 메인 제어 회로(40)는 시간 제어부(30)로부터 웨이크업 제어 신호를 수신하여 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환된다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 메인 제어 회로(40)의 웨이크업 모드에서 셀 밸런싱 제어 동작을 설명한다.
도 2는 도 1의 메인 제어 회로의 기능을 설명하는 블록도이다.
도 2를 참고하면, 메인 제어 회로(40)는, 웨이크업 모듈(41), 연산 모듈(43), 그리고 제어 모듈(45)을 포함한다.
웨이크업 모듈(41)은 릴레이(3)가 턴 오프 되면 동작모드를 슬립모드로 전환한다. 예를 들어, 웨이크업 모듈(41)은 릴레이(3)가 턴 오프되면 소정의 최소시간 경과 여부를 모니터링 하여, 차량의 일시 정차 상태와 장기 주차 상태를 구별하고, 소정의 최소시간이 경과하여 차량이 주차 상태인 것으로 판단되면, 차량의 주차 상태 정보를 포함하는 주차신호를 시간 제어부(30)에 전달할 수 있다. 웨이크업 모듈(41)은 주차신호를 시간 제어부(30)에 전달한 후 동작모드를 슬립모드로 전환할 수 있다. 최소시간은 차량의 일시 정차와 장기 주차 상태를 구별하기 위한 최소한의 시간으로 사용자에 의해 설정될 수 있다.
웨이크업 모듈(41)은, 시간 제어부(30)로부터 웨이크업 신호를 수신하면 웨이크업 되어 동작모드를 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환한다. 예를 들어, 웨이크업 모듈(41)은, 수신한 웨이크업 신호의 소스를 파악하고 시간 제어부(30)로부터 전송된 것으로 판단되면 동작모드를 웨이크업 모드로 전환할 수 있다.
연산 모듈(43)은 셀 밸런싱 제어 신호를 생성한다. 우선, 연산 모듈(43)은 셀 모니터링 IC(20)에 복수의 셀(Cell1-Celln)의 셀 전압을 측정하도록 요청한다. 연산 모듈(43)은 셀 모니터링 IC(20)로부터 복수의 셀 전압을 수신하면, 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고, 셀 밸런싱이 필요한 경우 셀 밸런싱을 위해 제어 신호를 생성한다.
예를 들어, 연산 모듈(43)은 복수의 셀 전압 중 기준 전압 범위를 벗어나는 셀 전압이 감지되면, 해당 셀을 셀 밸런싱 대상으로 선정하고, 선정 결과에 따른 셀 밸런싱 제어 신호를 생성한다. 기준 전압 범위는 복수의 셀 전압에 기초하여 설정될 수 있다. 구체적으로, 기준 전압 범위는 복수의 셀 전압 분포를 고려할 때, 다른 셀들에 비해 과전압 또는 저전압인 셀을 검출할 수 있는 적절한 수준의 전압 범위로 설정될 수 있다. 셀 밸런싱 방식이 방전만 수행하는 패시브 방식의 경우, 연산 모듈(43)은 기준 전압보다 높은 셀 전압을 가지는 셀에 대해서 셀 밸런싱을 수행하도록 결정할 수 있고, 이 때 기준 전압 범위는 복수의 셀 전압 분포를 고려할 때, 다른 셀들에 비해 과전압인 셀을 검출할 수 있는 전압 범위로 설정될 수 있다.
연산 모듈(43)은 웨이크업 제어 신호를 생성한다. 연산 모듈(43)은 셀 밸런싱 대상으로 선정된 복수의 셀(Cell1-Celln)에 대한 복수의 셀 밸런싱 시간을 계산한다. 연산 모듈(43)은 복수의 셀 밸런싱 시간 중 최대 셀 밸런싱 시간을 추출하고, 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 웨이크업 제어 신호를 생성한다.
제어 모듈(45)은, 셀 밸런싱 제어 신호를 셀 모니터링 IC(20)에 전달하여 셀 밸런싱을 활성화시킨다. 제어 모듈(45)이, 웨이크업 제어 신호를 시간 제어부(30)에 전달하면, 시간 제어부(30)가 수신한 웨이크업 제어 신호에 기초하여 웨이크업 주기를 재설정한다. 이후, 시간 제어부(30)는 재설정된 웨이크업 주기를 카운트하여 웨이크업 신호를 웨이크업 모듈(41)에 전달한다.
제어 모듈(45)은, 셀 밸런싱이 수행되는 기간, 예를 들어, 최대 셀 밸런싱 시간 동안 메인 제어 회로(40)의 동작모드를 웨이크업 모드에서 슬립모드로 전환한다. 제어 모듈(45)은 연산 모듈(43)의 연산결과 셀 밸런싱 대상이 없는 경우, 시간 제어부(30)의 웨이크업 동작을 디스에이블 시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 메인 제어 회로가 웨이크업 되는 동작을 설명하는 도면이고, 도 4는 일 실시예에 따라 차량의 일시 정차 상태와 장기 주차 상태를 구별하여 메인 제어 회로가 웨이크업 되는 동작을 설명하는 도면이다.
도 3을 참고하면, 시점 Ta에, 메인 제어 회로(40)는 릴레이(3)의 턴 오프와 동기화되어 슬립모드로 전환하지 않고 소정의 최소시간 경과 여부를 모니터링 하여 차량의 일시 정차 상태와 장기 주차 상태를 구별할 수 있다.
시점 Tb에, 메인 제어 회로(40)는 소정의 최소시간이 경과하여 차량이 주차 상태인 것으로 판단되면, 차량의 주차 상태 정보를 포함하는 주차신호를 시간 제어부(30)에 전달할 수 있다. 메인 제어 회로(40)는 주차신호를 시간 제어부(30)에 전달한 후 동작모드를 슬립모드로 전환할 수 있다. 시간 제어부(30)는 메인 제어 회로(40)로부터 주차신호를 수신하면 웨이크업 주기를 카운트할 수 있다.
시점 Tc에, 시간 제어부(30)는 웨이크업 주기가 도래하면 메인 제어 회로(40)에 웨이크업 신호를 전달하고, 웨이크업 신호를 수신한 메인 제어 회로(40)는 웨이크업되어 웨이크업 모드로 전환된다.
메인 제어 회로(40)는, 셀 모니터링 IC(20)에 복수의 셀(Cell1-Celln)의 셀 전압을 측정하도록 요청하여 복수의 셀 전압을 수신한다. 메인 제어 회로(40)는, 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고, 셀 밸런싱이 필요한 경우 셀 밸런싱을 위해 제어 신호를 생성한다. 메인 제어 회로(40)는, 셀 밸런싱 대상으로 선정된 복수의 셀(Cell1-Celln)에 대한 복수의 셀 밸런싱 시간을 계산하고, 복수의 셀 밸런싱 시간 중 최대 셀 밸런싱 시간을 추출하고, 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 웨이크업 제어 신호를 생성한다.
시점 Td에, 메인 제어 회로(40)는 셀 모니터링 IC(20)에 셀 밸런싱 제어 신호를 전송하여 셀 밸런싱을 활성화시키고, 시간 제어부(30)에 웨이크업 제어 신호를 전달한다. 시간 제어부(30)는 수신한 웨이크업 제어 신호에 기초하여 웨이크업 주기를 재설정한다. 예를 들어, 셀 밸런싱이 Td에 시작된다고 할 때, 최대 셀 밸런싱 시간은 시점 Td부터 Te까지이고, 해당 기간 동안 메인 제어 회로(40)의 동작모드는 슬립모드이다.
시점 Te에, 시간 제어부(30)는 재설정된 웨이크업 주기를 카운트하여 웨이크업 신호를 메인 제어 회로(40)에 전달한다. 메인 제어 회로(40)는 시간 제어부(30)로부터 웨이크업 신호를 수신하면 동작모드를 웨이크업 모드로 전환한다.
도 4를 참고하면, 시점 T1에, 릴레이(3)가 턴 오프되나 최소시간 경과하기 전 시점 T2에 다시 턴 온 되므로, 메인 제어 회로(40)는 차량이 정차 상태인 것으로 판단하고 주차신호를 시간 제어부(30)에 전달하지 않는다. 예를 들어, 차량이 일시 정차하였다가 다시 출발하여 셀 밸런싱을 수행할 수 없다.
시점 T3에서 릴레이(3)가 다시 턴 오프 되고, 예를 들어, 최소시간이 경과한 시점 T4에, 메인 제어 회로(40)는 차량이 주차 상태인 것으로 판단하고 주차신호를 시간 제어부(30)에 전달할 수 있다. 시간 제어부(30)는 메인 제어 회로(40)로부터 주차신호를 수신하면 웨이크업 주기를 카운트할 수 있다.
시점 T5에, 시간 제어부(30)는 메인 제어 회로(40)에 웨이크업 신호를 전달하고, 메인 제어 회로(40)는 웨이크업 된다. 예를 들어, 차량이 장기 주차 상태에 들어가 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하는 흐름도이다.
우선, 메인 제어 회로(40)는 시간 제어부(30)로부터 웨이크업 신호를 수신하면 웨이크업 되어, 동작모드를 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환한다. 예를 들어, 메인 제어 회로(40)는, 수신한 웨이크업 신호의 소스를 파악하고, 시간 제어부(30)로부터 전송된 것으로 판단되면 동작모드를 웨이크업 모드로 전환할 수 있다(S10).
릴레이(3)의 턴 오프는 차량 시동이 온(ON) 상태로 변경되는 정차 또는 주차 상태일 수 있다. 메인 제어 회로(40)는 릴레이(3)가 턴 오프 되고 최소시간이 경과하기 전에 릴레이(3)가 다시 턴 온 되면 차량이 일시 정차한 것으로 판단하고, 시간 제어부(30)에 주차신호를 전달하지 않을 수 있다. 메인 제어 회로(40)는 최소시간이 경과하여도 릴레이(3)의 턴 오프 상태가 변경되지 않으면 차량이 장기 주차한 것으로 판단하고, 시간 제어부(30)에 주차신호를 전달한다. 메인 제어 회로(40)는 주차신호를 시간 제어부(30)에 전달한 후 동작모드를 슬립모드로 전환할 수 있다.
시간 제어부(30)는 차량의 주차 상태 정보를 포함하는 주차신호를 메인 제어 회로(40)로부터 수신하면 웨이크업 주기를 카운트할 수 있다. 시간 제어부(30)는 웨이크업 주기가 도래하면 메인 제어 회로(40)에 웨이크업 신호를 전달할 수 있다. 웨이크업 주기는 기 설정된 주기일 수 있고, 메인 제어 회로(40)의 웨이크업 제어 신호에 의해 재설정 될 수 있다.
다음으로, 메인 제어 회로(40)는 셀 밸런싱을 수행하기 위한 제어 신호를 생성한다. 메인 제어 회로(40)는 복수의 셀(Cell1-Celln)에 대한 셀 밸런싱 제어 신호와 웨이크업 주기를 재설정하기 위한 웨이크업 제어 신호를 생성한다(S30).
메인 제어 회로(40)는 셀 밸런싱 제어 신호를 생성한다. 우선, 메인 제어 회로(40)는 셀 모니터링 IC(20)에 복수의 셀(Cell1-Celln)의 셀 전압을 측정하도록 요청한다. 메인 제어 회로(40)는 셀 모니터링 IC(20)로부터 복수의 셀 전압을 수신하면, 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고, 셀 밸런싱이 필요한 경우 셀 밸런싱을 위해 제어 신호를 생성한다.
예를 들어, 메인 제어 회로(40)는 복수의 셀 전압 중 기준 전압 범위를 벗어나는 셀 전압이 감지되면, 해당 셀을 셀 밸런싱 대상으로 선정하고, 선정 결과에 따른 셀 밸런싱 제어 신호를 생성한다. 기준 전압 범위는 복수의 셀 전압에 기초하여 설정될 수 있다. 구체적으로, 기준 전압 범위는 복수의 셀 전압 분포를 고려할 때, 다른 셀들에 비해 과전압 또는 저전압인 셀을 검출할 수 있는 적절한 수준의 전압 범위로 설정될 수 있다. 셀 밸런싱 방식이 방전만 수행하는 패시브 방식의 경우, 연산 모듈(43)은 기준 전압보다 높은 셀 전압을 가지는 셀에 대해서 셀 밸런싱을 수행하도록 결정할 수 있고, 이 때 기준 전압 범위는 복수의 셀 전압 분포를 고려할 때, 다른 셀들에 비해 과전압인 셀을 검출할 수 있는 전압 범위로 설정될 수 있다.
메인 제어 회로(40)는 웨이크업 제어 신호를 생성한다. 메인 제어 회로(40)는 셀 밸런싱 대상으로 선정된 복수의 셀(Cell1-Celln)에 대한 복수의 셀 밸런싱 시간을 계산한다. 메인 제어 회로(40)는 복수의 셀 밸런싱 시간 중 최대 셀 밸런싱 시간을 추출하고, 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 웨이크업 제어 신호를 생성한다.
다음으로, 메인 제어 회로(40)는, 셀 밸런싱을 위해 주변기기를 제어하고 슬립모드로 전환된다. 메인 제어 회로(40)는, 셀 밸런싱 대상이 없는 경우, 시간 제어부(30)의 웨이크업 동작을 디스에이블 시킬 수 있다(S50).
메인 제어 회로(40)는, 셀 밸런싱 제어 신호를 셀 모니터링 IC(20)에 전달하여 셀 밸런싱을 활성화시킨다. 메인 제어 회로(40)는, 웨이크업 제어 신호를 시간 제어부(30)에 전달하고, 시간 제어부(30)가 수신한 웨이크업 제어 신호에 기초하여 웨이크업 주기를 재설정한다. 이후, 시간 제어부(30)는 재설정된 웨이크업 주기를 카운트하여 웨이크업 신호를 메인 제어 회로(40)에 전달한다.
메인 제어 회로(40)는, 셀 밸런싱이 수행되는 기간, 예를 들어, 최대 셀 밸런싱 시간 동안 동작모드를 슬립모드로 전환한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
1: 배터리 시스템
2: 배터리 팩
3: 릴레이
4: BMS
10: 셀 밸런싱 회로
20: 셀 모니터링 IC
30: 시간 제어부
40: 메인 제어 회로

Claims (12)

  1. 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩을 관리하는 시스템에 있어서,
    상기 복수의 셀 각각의 양단에 연결되어 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC; 및
    릴레이가 턴 오프되면 웨이크업 주기를 카운트하는 시간 제어부; 및
    상기 웨이크업 주기가 경과하면 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되고, 상기 측정된 복수의 셀 각각의 셀 전압을 수신하며 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고 셀 밸런싱이 필요한 경우 상기 셀 모니터링 IC에 셀 밸런싱 제어 신호를 전달한 후 슬립모드로 전환하는 메인 제어 회로를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    셀 밸런싱 대상으로 선정된 복수의 셀에 대한 복수의 셀 밸런싱 시간을 계산하고 상기 복수의 셀 밸런싱 시간 중 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 웨이크업 제어 신호를 생성하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시간 제어부는,
    상기 메인 제어 회로로부터 상기 웨이크업 제어 신호를 수신하여 상기 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 상기 웨이크업 주기를 재설정하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    상기 재설정된 웨이크업 주기가 경과하면 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되는 배터리 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    상기 릴레이가 턴 오프 되면 소정의 최소시간을 경과 여부를 모니터링하고 상기 최소시간을 경과하면 주차신호를 상기 시간 제어부에 전달하고,
    상기 시간 제어부는,
    상기 주차신호를 수신하면 웨이크업 주기를 카운트하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    셀 밸런싱 대상이 없는 경우 상기 시간 제어부의 웨이크업 동작을 디스에이블 시키는 배터리 관리 시스템.
  7. 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩을 관리하는 방법에 있어서,
    릴레이가 턴 오프되고 웨이크업 주기가 경과하면 시간 제어부로부터 웨이크업 신호를 수신하여 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되는 단계;
    셀 모니터링 IC에 복수의 셀 각각의 셀 전압을 요청하여 수신하고 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱이 필요한지를 결정하고 셀 밸런싱이 필요한 경우 셀 밸런싱 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 셀 모니터링 IC에 상기 셀 밸런싱 제어 신호를 전달한 후 슬립모드로 전환하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 제어 신호를 생성하는 단계는,
    셀 밸런싱 대상으로 선정된 복수의 셀에 대한 복수의 셀 밸런싱 시간을 계산하고 상기 복수의 셀 밸런싱 시간 중 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 웨이크업 제어 신호를 생성하는 배터리 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 슬립모드로 전환하는 단계는,
    상기 시간 제어부에 상기 웨이크업 제어 신호를 전달하여 상기 최대 셀 밸런싱 시간을 기초로 상기 웨이크업 주기가 재설정되는 배터리 관리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 슬립모드로 전환하는 단계는,
    상기 재설정된 웨이크업 주기가 경과하면 상기 시간 제어부로부터 웨이크업 신호를 수신하여 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되는 배터리 관리 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 웨이크업 모드로 전환되는 단계는,
    상기 릴레이가 턴 오프 되고 최소시간 경과 후 상기 웨이크업 주기가 도래하면 상기 시간 제어부로부터 웨이크업 신호를 수신하여 슬립모드에서 웨이크업 모드로 전환되는 배터리 관리 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 슬립모드로 전환하는 단계는,
    셀 밸런싱 대상이 없는 경우 상기 시간 제어부의 웨이크업 동작을 디스에이블 시키는 배터리 관리 방법.
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