KR20220100466A - 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀들 각각에 연결되는 복수의 밸런싱 저항들, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 병렬 연결되는 공통 저항, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 상기 공통 저항 사이에 연결되는 복수의 저항 스위치들, 및 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임을 산출하고, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND METHOD OF THE SAME}
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
일반적으로 리튬 이온 전지의 경우 전원 공급을 위해 다수의 배터리 셀들로 구현된다. 다수 개의 배터리 셀은 화학적 차이, 물성적 차이, 노후화 정도의 차이 등으로 인하여 전압차가 발생하는데, 이러한 전압차는 배터리 셀의 충방전이 지속되는 상황에서 각각의 배터리 셀의 충방전 시간 및 충방전량 등에서 차이를 발생시킨다. 열화가 많이 진행된 배터리 셀의 경우, 다른 배터리 셀들에 비해 충방전 시간이 짧아져 가장 먼저 완충전 또는 방전 상태가 되므로, 상대적으로 열화가 덜 진행된 배터리 셀들은 완충전 또는 방전되기 전에 충전 또는 방전이 종료되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 배터리 셀 들에 대한 다양한 셀 밸런싱 기술들이 도입되고 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 셀 밸런싱 동작의 속도를 증가시킬 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀들 각각에 연결되는 복수의 밸런싱 저항들, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 병렬 연결되는 공통 저항, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 상기 공통 저항 사이에 연결되는 복수의 저항 스위치들, 및 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임을 산출하고, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀이 아닌 다른 배터리 셀들과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되지 않도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 경우, 상기 복수의 밸런싱 스위치 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시킬 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계, 및 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계는 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 저항 스위치를 단락시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 그라운드 사이에 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계는 상기 복수의 밸런싱 스위치들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시킬 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 속도를 증가시켜, 셀 불균형(cell imbalance) 상황을 빠르게 해소할 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 다른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여준다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(110), 배터리 관리 장치(120), 및 릴레이(130)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(110)은 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수의 배터리 셀들이 4개인 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(110)은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 모듈(110)은 대상 장치(미도시)에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈(110)은 대상 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 대상 장치는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)을 포함하는 배터리 팩(100)으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전기적, 전자적, 또는 기계적인 장치를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 대상 장치는 전기 자동차(EV)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)은 리튬이온(Li-ion) 전지, 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 한편, 도 1에서는 배터리 모듈(110)이 한 개인 경우로 도시되나, 실시예에 따라 배터리 모듈(110)은 복수개로 구성될 수도 있다.
배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110) 및/또는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 그리고 배터리 관리 장치(120)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 배터리 모듈(110)이나 충방전 경로, 또는 배터리 모듈(110) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(110)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC(State of Charge)나 SOH(State of Health) 등을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 릴레이(130)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 대상 장치에 전원을 공급하기 위해 릴레이(130)를 단락시킬 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)에 충전 장치가 연결되는 경우 릴레이(130)를 단락시킬 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다. 여기서, 셀 밸런싱 타임은 배터리 셀의 밸런싱에 소요되는 시간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 SOC(State of Charge), 배터리 용량 및 밸런싱 효율에 기초하여 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임에 기초하여 적어도 하나의 셀 밸런싱 대상을 판단할 수 있다. 실시예에 따라, 셀 밸런싱 대상은 타겟 배터리 셀로 정의될 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임에 기초하여 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 대상으로 선정된 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱 시간에 기초하여 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 적어도 하나의 타겟 배터리 셀의 밸런싱 동작에 이용되는 밸런싱 전류를 증가시킴으로써 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 대한 밸런싱 속도를 높일 수 있다.
이하에서는 배터리 관리 장치(120)의 구체적인 동작에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서는 본 문서에 개시된 기술사상에 대한 이해를 돕기 위해 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 2개의 배터리 셀들(111, 112)이 존재하는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 문서에 개시된 기술사상은 3개 이상의 배터리 셀들에 대해서도 당연히 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(120)는 복수의 밸런싱 저항들(121), 공통 저항(122), 복수의 저항 스위치들(123), 복수의 밸런싱 스위치들(124), 및 제어부(125)를 포함할 수 있다.
복수의 밸런싱 저항들(R1, R2; 121)은 복수의 배터리 셀들(111, 112)에 각각 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 밸런싱 저항(R1)은 제1 배터리 셀(111)에 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)은 제2 배터리 셀(112)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 밸런싱 저항(R1)은 제1 배터리 셀(111)의 양극단에 연결될 수 있고, 제2 밸런싱 저항(R2)은 제2 배터리 셀(112)의 음극단에 연결될 수 있다.
공통 저항(Rc; 122)은 복수의 밸런싱 저항들(121)과 병렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 공통 저항(Rc, 122)은 제1 밸런싱 저항(R1) 및 제2 밸런싱 저항(R2)과 병렬 연결될 수 있다. 공통 저항(122)은 복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)을 통해 제1 밸런싱 저항(R1) 및 제2 밸런싱 저항(R2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 공통 저항(122)은 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)가 단락되는 경우 제1 밸런싱 저항(R1)과 병렬 연결되고, 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4) 단락되는 경우 제2 밸런싱 저항(R2)과 병렬 연결될 수 있다.
복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)은 복수의 밸런싱 저항들(121)과 공통 저항(122) 사이에 연결될 수 있다. 복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)은 제어부(125)로부터 수신되는 제어 명령에 응답하여 개방 또는 단락될 수 있다. 예를 들어, 복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)이 단락되는 경우 복수의 밸런싱 저항들(121)과 공통 저항(122)은 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 예를 들어, 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)는 동시에 개방 또는 단락될 수 있다. 또한, 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)는 동시에 개방 또는 단락될 수 있다.
복수의 밸런싱 스위치(124)는 복수의 밸런싱 저항(121)과 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 밸런싱 스위치(SW1)는 제1 밸런싱 저항(R1)과 직렬로 연결되고, 제2 밸런싱 스위치(SW2)는 제2 밸런싱 저항(R2)과 직렬로 연결될 수 있다. 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)는 제어부(125)로부터 수신되는 제어 명령에 응답하여 개방 또는 단락될 수 있다.
예를 들어, 제1 밸런싱 스위치(SW1)가 단락되는 경우, 제1 배터리 셀(111)과 제1 밸런싱 저항(R1)이 전기적으로 연결되는 폐루프가 형성되어 제1 배터리 셀(111)을 방전시킴으로써 제1 배터리 셀(111)에 대한 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다. 또한, 제2 밸런싱 스위치(SW2)가 단락되는 경우, 제2 배터리 셀(112)과 제2 밸런싱 저항(R2)이 전기적으로 연결되는 폐루프가 형성되어 제2 배터리 셀(112)을 방전시킴으로써 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다.
제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114; 도 1 참조) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출한 결과가 도시된다. 예를 들어, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(cell 1, 111)의 셀 밸런싱 타임(t1), 제2 배터리 셀(cell 2, 112)의 셀 밸런싱 타임(t2), 제3 배터리 셀(cell 3, 113)의 셀 밸런싱 타임(t3), 및 제n 배터리 셀(cell 4, 114)의 셀 밸런싱 타임(tn)을 각각 산출할 수 있다.
제어부(125)는 산출된 셀 밸런싱 타임에 기반하여 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다. 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(cell 1, 111)의 셀 밸런싱 타임(t1)이 제2 배터리 셀(cell 2, 112), 제3 배터리 셀(cell 3, 113), 및 제n 배터리 셀(cell 4, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임(t2, t3, tn)과 기준값 이상의 차이를 갖는 경우 제1 배터리 셀(cell 1, 111)을 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
이하에서는 적어도 하나의 타겟 배터리 셀이 제1 배터리 셀(cell 1, 111)인 것으로 가정하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 제2 배터리 셀(cell 2, 112)의 셀 밸런싱 타임(t2)이 제3 배터리 셀(cell 3, 113), 및 제n 배터리 셀(cell 4, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임(t2, t3, tn)과 기준값 이상의 차이를 갖는 경우 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112) 모두 타겟 배터리 셀로 선정될 수도 있다.
한편, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀과, 최소인 배터리 셀을 선정하고, 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다.
또한, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 기 설정된 값 이상인 배터리 셀들을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다.
제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))과 연결된 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)를 단락시킬 수 있다. 또한, 제어부(125)는 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 단락시킬 수 있다.
제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))이 아닌 다른 배터리 셀(예를 들어, 제2 배터리 셀(112))과 연결된 밸런싱 저항(R2)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되지 않도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제3 저항 스위치(S3) 및 제2 저항 스위치(S4)를 개방시킬 수 있다.
한편, 제어부(125)는 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 개방시키는 경우에도, 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱이 필요한 경우 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 단락시킴으로써 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)가 단락되는 경우 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc, 122)은 병렬 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)의 합성 저항(R1∥Rc)은 제1 밸런싱 저항(R1)보다 작아지므로, 제1 배터리 셀(111)의 밸런싱 전류가 증가할 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱 속도가 증가할 수 있다.
또한, 실시예에 따라 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1), 제2 저항 스위치(S2), 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 모두 단락시킬 수 있다. 이러한 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)은 공통 저항(122)과 병렬 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)도 공통 저항(122)과 병렬 연결될 수 있다. 또한, 제어부(125)는 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 모두 단락시킬 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)의 셀 밸런싱 속도가 모두 증가할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계(S110), 밸런싱 타임에 기초하여 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계(S120), 및 복수의 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 S110 단계 내지 S130 단계에 대해 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.
S110 단계에서, 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114; 도 1 참조) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 SOC(State of Charge), 배터리 용량 및 밸런싱 효율에 기초하여 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
S120 단계에서, 제어부(125)는 산출된 셀 밸런싱 타임에 기반하여 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다. 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
한편, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀과, 최소인 배터리 셀을 선정하고, 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 기 설정된 값 이상인 배터리 셀들을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다.
S130 단계에서, 제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))과 연결된 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)를 단락시킬 수 있다.
제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))이 아닌 다른 배터리 셀(예를 들어, 제2 배터리 셀(112))과 연결된 밸런싱 저항(R2)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되지 않도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제3 저항 스위치(S3) 및 제2 저항 스위치(S4)를 개방시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따라 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1), 제2 저항 스위치(S2), 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 모두 단락시킬 수 있다. 이러한 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)은 공통 저항(122)과 병렬 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)도 공통 저항(122)과 병렬 연결될 수 있다. 또한, 제어부(125)는 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 모두 단락시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계(S210), 밸런싱 타임에 기초하여 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계(S220), 복수의 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계(S230), 및 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 실시예의 경우 도 4에 도시된 실시예와 비교하여 S240 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서 S210 단계 내지 S240 단계에 대하여 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다. 다만, S210 단계 및 S220 단계는 도 4를 참조하여 설명한 S110 단계 및 S120 단계와 각각 실질적으로 동일할 수 있으므로 설명의 중복을 피하기 위하여 이하에서는 S230 단계 및 S240 단계에 대해서만 구체적으로 설명한다.
S230 단계에서, 제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))과 연결된 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)를 단락시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따라 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1), 제2 저항 스위치(S2), 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 모두 단락시킬 수 있다. 이러한 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)은 공통 저항(122)과 병렬 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)도 공통 저항(122)과 병렬 연결될 수 있다.
S240 단계에서, 제어부(125)는 복수의 밸런싱 스위치들(124)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 단락시킬 수 있다. 제1 밸런시 스위치(SW1)가 단락되는 경우 제1 배터리 셀(111)에 대하여 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다. 즉, 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)가 단락되는 경우 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc, 122)은 병렬 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)의 합성 저항(R1∥Rc)은 제1 밸런싱 저항(R1)보다 작아지므로, 제1 배터리 셀(111)의 밸런싱 전류가 증가할 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱 속도가 증가할 수 있다.
한편, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(111)이 타겟 배터리 셀로 선정되어 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 개방시키는 경우에도, 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱이 필요한 경우 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 단락시킴으로써 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 모두 단락시킬 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)의 셀 밸런싱 속도가 모두 증가할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 다른 배터리 관리 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여준다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템(200)은 MCU(210), 메모리(220), 입출력 I/F(230) 및 통신 I/F(240)를 포함할 수 있다.
MCU(210)는 메모리(220)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, SOH 산출 프로그램, 셀 밸런싱 수행 대상 판정 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 복수의 배터리 셀의 SOC, SOH 등을 포함한 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 배터리 관리 장치(120)의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서 또는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 배터리 관리 방법을 실행하는 프로세서일 수 있다.
메모리(220)는 배터리 셀의 SOH 산출과 셀 밸런싱 수행 대상 판정에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(220)는 배터리 셀 각각의 SOC, SOH 데이터 등 각종 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(220)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(220)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(220)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(220)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(220)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(230)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(210) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(230)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(230)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 셀의 SOH 산출이나 밸런싱 대상의 판정을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 메모리(220)에 기록되고, MCU(210)에 의해 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배터리 팩
110: 배터리 모듈
111, 112, 113, 114: 복수의 배터리 셀들
120: 배터리 관리 장치
121: 복수의 밸런싱 저항들
122: 공통 저항
123: 복수의 저항 스위치들
124: 복수의 밸런싱 스위치들
125: 제어부
200: 컴퓨팅 시스템
210: MCU
220: 메모리
230: 입출력 I/F
240: 통신 I/F

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 셀들 각각에 연결되는 복수의 밸런싱 저항들;
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 병렬 연결되는 공통 저항;
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 상기 공통 저항 사이에 연결되는 복수의 저항 스위치들; 및
    상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임을 산출하고, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀이 아닌 다른 배터리 셀들과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되지 않도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 경우, 상기 복수의 밸런싱 스위치 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계;
    상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계; 및
    복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계는 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 저항 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 그라운드 사이에 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계는 상기 복수의 밸런싱 스위치들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
KR1020210002902A 2021-01-08 2021-01-08 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 KR20220100466A (ko)

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