KR20230008525A - 배터리 장치 및 배터리 팩 전압 보상 진단 방법 - Google Patents

배터리 장치 및 배터리 팩 전압 보상 진단 방법 Download PDF

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박한곤
김기훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

배터리 장치가 병렬로 연결되는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 포함한다. 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹이 제1 배터리 팩의 한 단자에 직렬로 연결되고, 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹이 제2 배터리 팩의 한 단자에 직렬로 연결된다. 프로세서는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 통해 전압을 공급할 때, 제1 배터리 팩의 전압과 제2 배터리 팩의 전압에 기초해서, 제1 배터리 셀 그룹과 제2 배터리 셀 그룹을 사용하지 않거나, 제1 배터리 셀 그룹 및 제2 배터리 셀 그룹 중에서 추가로 전압을 공급할 배터리 셀 그룹을 선택한다.

Description

배터리 장치 및 배터리 팩 전압 보상 진단 방법{BATTERY APPARATUS AND METHOD OF COMPENSATING BATTERY PACK VOLTAGE}
본 발명은 배터리 장치 및 배터리 팩 전압 보상 진단 방법에 관한 것이다.
전기 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전기 자동차 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다.
최근, 높은 출력과 큰 충전 용량을 가지는 배터리가 요구됨에 따라 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 배터리 팩이 사용되고 있다. 이 경우, 병렬 배터리 팩 사이의 전압 차이가 일정 전압 이상인 경우, 병렬 배터리 팩을 통해 동시에 전력을 공급하는 경우, 높은 전압을 가지는 배터리 팩에서 낮은 전압을 가지는 배터리 팩으로 돌입(inrush) 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로(예를 들면, 컨택터)의 수명이 줄어들 수 있다. 또한, 병렬 배터리 팩 사이의 전압 차이로 인해 하나의 배터리 팩만을 사용하는 경우, 계속 사용하는 배터리 팩의 수명이 줄어들 수 있다.
본 발명의 어떤 실시예는 병렬 배터리 팩에서 전압 차이를 보상할 수 있는 배터리 장치 및 전압 보상 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 병렬로 연결되는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩, 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹, 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹 및 프로세서를 포함하는 배터리 장치가 제공될 수 있다. 상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹은 상기 제1 배터리 팩의 한 단자에 직렬로 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹은 상기 제2 배터리 팩의 한 단자에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 통해 전압을 공급할 때, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압에 기초해서, 상기 제1 배터리 셀 그룹과 상기 제2 배터리 셀 그룹을 사용하지 않거나, 상기 제1 배터리 셀 그룹 및 상기 제2 배터리 셀 그룹 중에서 추가로 전압을 공급할 배터리 셀 그룹을 선택할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 작을 때, 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 셀 그룹과 상기 제2 배터리 셀 그룹을 사용하지 않을 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높고, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 클 때, 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 셀 그룹에서 추가로 전압을 공급할 배터리 셀 그룹을 선택할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹은 복수의 제1 배터리 셀 그룹을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이에 기초해서 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중에서 추가로 전압을 공급할 배터리 셀 그룹의 개수를 결정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 소정 전압과 제1 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중에서 하나의 배터리 셀 그룹을 선택할 수 있다. 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 제1 전압과 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중에서 두 개의 배터리 셀 그룹을 선택할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 제2 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 배터리 팩, 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹, 제2 배터리 팩, 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹, 제1 스위치, 제2 스위치, 적어도 하나의 제1 더미 스위치, 적어도 하나의 제2 더미 스위치 및 프로세서를 포함하는 배터리 장치가 제공될 수 있다. 상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹은 상기 제1 배터리 팩의 제1 단자에 직렬로 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹은 상기 제2 배터리 팩의 제1 단자에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 스위치는 상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 제1 연결 단자 사이에 연결되고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결될 수 있다. 상기 적어도 하나의 제1 더미 스위치는 상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹의 한 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 각각 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 더미 스위치는 상기 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹의 한 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 각각 연결될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 통해 전압을 공급할 때, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압에 기초해서, 상기 제1 스위치와 상기 적어도 하나의 제1 더미 스위치 중에서 닫을 스위치를 결정하고, 상기 제2 스위치와 상기 적어도 하나의 제2 더미 스위치 중에서 닫을 스위치를 결정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 작을 때, 상기 프로세서는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 닫을 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높고, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 클 때, 상기 프로세서는 상기 적어도 하나의 제1 더미 스위치 중 타겟 제1 더미 스위치와 상기 제2 스위치를 닫을 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹은 복수의 제1 배터리 셀 그룹을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 더미 스위치는 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹의 한 단자에 각각 연결되는 복수의 제1 더미 스위치를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이에 기초해서 상기 복수의 제1 더미 스위치 중에서 상기 타겟 제1 더미 스위치를 결정할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 소정 전압과 제1 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 더미 스위치 중에서 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중 첫 번째 제1 배터리 셀 그룹에 연결된 제1 더미 스위치를 닫을 수 있다. 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 제1 전압과 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 더미 스위치 중에서 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중 두 번째 제1 배터리 셀 그룹에 연결된 제1 더미 스위치를 닫을 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 제2 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 장치는, 상기 제1 배터리 팩의 제2 단자와 제2 연결 단자 사이에 연결되어 있는 제3 스위치, 그리고 상기 제2 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되어 있는 제4 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치의 배터리 팩 전압 보상 방법이 제공된다. 상기 배터리 팩 전압 보상 방법은 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압을 비교하는 단계, 상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높은 경우, 상기 제2 배터리 팩을 통해 전압을 공급하는 단계, 그리고 상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높은 경우, 상기 제1 배터리 팩에 적어도 하나의 더미 배터리 셀을 연결하여 상기 제1 배터리 팩과 상기 더미 배터리 셀을 통해 전압을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 팩 전압 보상 방법은 상기 제2 배터리 팩의 전압과 상기 제1 배터리 팩의 전압의 차이에 기초해서 상기 적어도 하나의 더미 배터리 셀의 개수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 병렬 배터리 팩의 전압이 다른 경우에, 더미 셀 그룹을 사용하여 배터리 팩의 전압 차이를 보상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 스위칭 동작의 예를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 5는 각각 도 2 및 도 4에 도시한 스위칭 동작을 위한 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩 전압 보상 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치(10)에 연결될 수 있다. 외부 장치(10)가 부하인 경우, 배터리 장치는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전될 수 있다. 외부 장치(10)가 충전기인 경우, 배터리 장치는 충전기(10)를 통해 외부 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 어떤 실시예에서, 부하로 동작하는 외부 장치(10)는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility) 등의 차량일 수 있다.
배터리 장치는 복수의 배터리 팩(110), 복수의 스위칭 회로(120), 복수의 더미 회로(130) 및 프로세서(140)를 포함한다.
복수의 배터리 팩(110)은 복수의 스위칭 회로(120)를 통해 연결 단자(DC(+), DC(-))에 병렬로 연결된다. 복수의 스위칭 회로(120)는 복수의 배터리 팩(110)에 각각 대응한다. 즉, 각 스위칭 회로(120)는 복수의 배터리 팩(110) 중에서 대응하는 배터리 팩(110)에 연결되어 있다. 각 배터리 팩(110)은 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함하며, 양극 단자(PV(+))와 음극 단자(PV(-))를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 한 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈을 구성하여 원하는 전력을 공급할 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.
각 스위칭 회로(120)는 양극 스위치(121) 및 음극 스위치(122)를 포함한다. 양극 스위치(121)는 대응하는 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 배터리 장치의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있다. 음극 스위치(122)는 대응하는 배터리 팩(110)의 음극 단자(PV(-))와 배터리 장치의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 스위치(121, 122)는 프로세서(140)에 의해 제어되어서 배터리 팩(110)과 외부 장치 사이의 전기적 연결을 제어할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 릴레이를 포함하는 컨택터를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 트랜지스터 등의 전기적 스위치를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위칭 회로(120)는 프로세서(140)로부터의 제어 신호에 응답하여 스위치(121, 122)를 각각 구동하는 구동 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 양극 스위치(121)와 음극 스위치(122)가 닫히면, 배터리 팩(110)으로부터 외부 장치로 전력을 공급하거나 외부 장치로부터 배터리 팩(110)으로 전력이 공급될 수 있다. 스위치의 닫힘은 스위치의 온(on)으로 표현할 수 있고, 스위치의 열림은 스위치의 오프(off)로 표현할 수 있다.
복수의 더미 회로(130)는 복수의 배터리 팩(110)에 각각 대응한다. 즉, 각 더미 회로(130)는 복수의 배터리 팩(110) 중 대응하는 배터리 팩(110)에 연결되어 있다. 각 더미 회로(130)는 적어도 하나의 배터리 셀 그룹(131) 및 적어도 하나의 스위치(132)를 포함한다. 앞으로, 더미 회로(130)의 배터리 셀 그룹(131)을 "더미 셀 그룹"이라 하고, 더미 회로(130)의 스위치(132)를 "더미 스위치"라 한다. 도 1에서는 설명의 편의상 각 더미 회로(130)가 두 개의 더미 셀 그룹(131)과 두 개의 더미 스위치(132)를 포함하는 것으로 도시하였다. 각 더미 셀 그룹(131)은 대응하는 배터리 팩(110)의 한 출력 단자, 예를 들면 양극 단자(PV(+))에 직렬로 연결되어 있다. 즉, 첫 번째 더미 셀 그룹(131)의 음극 단자는 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))에 연결되어 있고, 나머지 더미 셀 그룹(131)의 음극 단자는 인접한 더미 셀 그룹(131)의 양극 단자에 연결되어 있다. 도 1에서는 설명의 편의상 각 더미 회로(130)가 두 개의 더미 셀 그룹(131)을 포함하는 것으로 도시하였다. 각 더미 셀 그룹(131)은 적어도 하나의 직렬로 연결되어 있는 배터리 셀을 포함하며, 직렬로 연결되어 있는 배터리 셀의 전압의 합에 기초해서 소정의 전압을 출력할 수 있다. 각 더미 셀 그룹(131)의 첫 번째 배터리 셀의 음극 단자가 더미 셀 그룹(131)의 음극 단자에 해당하고, 마지막 배터리 셀의 양극 단자가 더미 셀 그룹(131)의 양극 단자에 해당한다.
적어도 하나의 더미 스위치(132)는 적어도 하나의 더미 셀 그룹(131)에 각각 대응한다. 각 더미 스위치(132)는 대응하는 더미 셀 그룹(131)의 양극 단자와 배터리 장치의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있다. 어떤 실시예에서, 각 더미 스위치(132)의 한 단자는 대응하는 더미 셀 그룹(131)의 양극 단자에 연결되고, 적어도 하나의 더미 스위치(132)의 다른 단자 및 양극 스위치(122)의 다른 단자는 양극 연결 단자(DC(+))에 공통으로 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 더미 스위치(132)는 릴레이를 포함하는 컨택터를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 더미 스위치(132)는 트랜지스터 등의 전기적 스위치를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 더미 회로(130)는 프로세서(140)로부터의 제어 신호에 응답하여 더미 스위치(132)를 구동하는 구동 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
프로세서(140)는 복수의 배터리 팩(110)의 전압에 기초해서 복수의 스위칭 회로(120) 및 복수의 더미 회로(130)를 제어한다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치는 복수의 배터리 팩(110)의 전압을 감지하기 위한 전압 감지 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
복수의 배터리 팩(110)의 전압이 유사한 경우, 프로세서(140)는 스위칭 회로(120)를 제어하여 복수의 배터리 팩(110)을 통해 전력을 공급한다. 복수의 배터리 팩(110)의 전압이 다른 경우, 프로세서(140)는 배터리 팩(110)과 더미 셀 그룹(131)의 조합에 기초해서 전력이 공급되도록 스위칭 회로(120)와 더미 회로(130)를 제어한다. 어떤 실시예에서, 전압이 낮은 배터리 팩(110)에서는 배터리 팩(110)과 더미 셀 그룹(131)이 함께 전력을 공급하고, 전압이 높은 배터리 팩(110)에서는 더미 셀 그룹(131)을 사용하지 않고 배터리 팩(110)이 전력을 공급할 수 있다. 예를 들면, 세 개의 배터리 팩(110)이 사용되는 경우, 전압이 가장 높은 배터리 팩(110)은 더미 셀 그룹(131)을 사용하지 않고, 전압이 가장 낮은 배터리 팩(110)은 두 개의 더미 셀 그룹(131)을 사용하고, 중간 전압을 가지는 배터리 팩(110)은 하나의 더미 셀 그룹(131)을 사용할 수 있다. 이에 따라, 모든 배터리 팩(110)에서 공급되는 전압이 유사해지고, 배터리 팩(110) 사이의 전압 차로 인해 돌입 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
어떤 실시예에서, 스위칭 회로(120), 더미 회로(130) 및/또는 프로세서(140)는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)에 포함될 수 있다.
도 2 및 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 스위칭 동작의 예를 나타내는 도면이며, 도 3 및 도 5는 각각 도 2 및 도 4에 도시한 스위칭 동작을 위한 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다. 도 2 내지 도 5에서는 설명의 편의상 두 개의 배터리 팩(210a, 210b)을 도시하고, 각 더미 회로에 두 개의 더미 셀 그룹이 포함되는 것으로 도시하였다. 또한 배터리 팩을 통해 전압을 공급하기 전에 스위치는 디스에이블 레벨의 제어 신호에 의해 열려 있는 것으로 가정한다. 또한 하나의 더미 셀 그룹이 Vd의 전압을 공급하는 것으로 가정한다.
프로세서(예를 들면, 도 1의 140)는 배터리 팩(210a)의 전압과 배터리 팩(210b)의 전압을 비교한 결과, 어떤 배터리 팩(예를 들면, 210b)의 전압이 다른 배터리 팩(예를 들면, 210a)의 전압보다 높은 경우, 두 배터리 팩(210a, 210b)의 전압 차에 대응하는 전압을 낮은 전압을 가지는 배터리 팩(210a)에 연결된 더미 회로의 더미 셀 그룹을 통해 공급하도록 스위치를 제어할 수 있다.
예를 들면, 배터리 팩(210b)의 전압이 배터리 팩(210a)의 전압보다 대략 Vd 전압만큼 높을 수 있다. 이 경우, 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 프로세서(140)는 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cna, Cnb)를 각각 배터리 팩(210a, 210b)의 음극 스위치(222a, 222b)로 전달한다. 그러면 음극 스위치(222a, 222b)는 각각 제어 신호(Cna, Cnb)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 어떤 실시예에서, 도 3에 도시한 것처럼, 인에이블 레벨은 하이 레벨(H)이고, 디스에이블 레벨은 로우 레벨(L)일 수 있다.
배터리 팩(210b)에서는 더미 셀 그룹을 사용할 필요가 없으므로, 프로세서(140)는 배터리 팩(210b)의 양극 스위치(221b)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cpb)를 전달한다. 또한 프로세서(140)는 배터리 팩(210b)의 더미 스위치(232b1, 232b2)에 각각 전달되는 제어 신호(Cdb1, Cdb2)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 그러면 양극 스위치(221b)는 제어 신호(Cpb)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫히고, 더미 스위치(232b1, 232b2)는 제어 신호(Cdb1, Cdb2)의 디스에이블 레벨에 의해 열린 상태를 유지한다. 이에 따라, 배터리 팩(210b)은 더미 셀 그룹(231b1, 231b2)을 사용하지 않고 전압을 공급할 수 있다.
또한 배터리 팩(210a)의 전압이 배터리 팩(210b)의 전압보다 대략 Vd 전압만큼 낮으므로, 프로세서(140)는 하나의 더미 셀 그룹을 사용한다. 즉, 프로세서(140)는 배터리 팩(210a)의 더미 스위치(232a1, 232a2) 중에서 첫 번째 더미 셀 그룹(231a1)에 연결된 더미 스위치(232a1)를 타겟 더미 스위치로 결정하고, 타겟 더미 스위치(232a1)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cda1)를 전달한다. 또한 프로세서(140)는 배터리 팩(210a)의 양극 스위치(221a)에 전달되는 제어 신호(Cna) 및 배터리 팩(210a)의 나머지 더미 스위치(232a2)에 전달되는 제어 신호(Cda2)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 그러면 타겟 더미 스위치(232a1)는 제어 신호(Cda1)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫히고, 양극 스위치(221a)와 더미 스위치(232a2)는 제어 신호(Cpa, Cda2)의 디스에이블 레벨에 의해 열린 상태를 유지한다. 이에 따라, 배터리 팩(210a)은 하나의 더미 셀 그룹(231a1)을 함께 사용하여 전압을 공급할 수 있다. 즉, 배터리 팩(210a)의 전압에 더미 셀 그룹(231a1)의 전압(Vd)이 더해진 전압이 공급되므로, 배터리 팩(210b)과의 전압 차이를 없앨 수 있다.
다른 예로서, 배터리 팩(210b)의 전압이 배터리 팩(210a)의 전압보다 대략 Vd 전압의 두 배만큼 높을 수 있다. 이 경우, 도 4 및 도 5에 도시한 것처럼, 프로세서(140)는 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cna, Cnb)를 각각 배터리 팩(210a, 210b)의 음극 스위치(222a, 222b)로 전달한다. 그러면 음극 스위치(222a, 222b)는 각각 제어 신호(Cna, Cnb)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 어떤 실시예에서, 도 5에 도시한 것처럼, 인에이블 레벨은 하이 레벨(H)이고, 디스에이블 레벨은 로우 레벨(L)일 수 있다.
배터리 팩(210b)에서는 더미 셀 그룹을 사용할 필요가 없으므로, 프로세서(140)는 배터리 팩(210b)의 양극 스위치(221b)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cpb)를 전달한다. 또한 프로세서(140)는 배터리 팩(210b)의 더미 스위치(232b1, 232b2)에 각각 전달되는 제어 신호(Cdb1, Cdb2)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 그러면 양극 스위치(221b)는 제어 신호(Cpb)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫히고, 더미 스위치(232b1, 232b2)는 제어 신호(Cdb1, Cdb2)의 디스에이블 레벨에 의해 열린 상태를 유지한다. 이에 따라, 배터리 팩(210b)은 더미 셀 그룹(231b1, 231b2)을 사용하지 않고 전압을 공급할 수 있다.
또한 배터리 팩(210a)의 전압이 배터리 팩(210b)의 전압보다 대략 Vd 전압의 두 배만큼 낮으므로, 프로세서(140)는 두 개의 더미 셀 그룹을 사용한다. 즉, 프로세서(140)는 배터리 팩(210a)의 더미 스위치(232a1, 232a2) 중에서 두 번째 더미 셀 그룹(231a2)에 연결된 더미 스위치(232a2)를 타겟 더미 스위치로 결정하고, 타겟 더미 스위치(232a2)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cda2)를 전달한다. 또한 프로세서(140)는 배터리 팩(210a)의 양극 스위치(221a)에 전달되는 제어 신호(Cna) 및 배터리 팩(210a)의 나머지 더미 스위치(232a1)에 전달되는 제어 신호(Cda1)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 그러면 타겟 더미 스위치(232a2)는 제어 신호(Cda2)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫히고, 양극 스위치(221a)와 더미 스위치(232a1)는 제어 신호(Cpa, Cda1)의 디스에이블 레벨에 의해 열린 상태를 유지한다. 이에 따라, 배터리 팩(210a)은 두 개의 더미 셀 그룹(231a2)을 함께 사용하여 전압을 공급할 수 있다. 즉, 배터리 팩(210a)의 전압에 두 더미 셀 그룹(231a1, 231a2)의 전압(2*Vd)이 더해진 전압이 공급되므로, 배터리 팩(210b)과의 전압 차이를 없앨 수 있다.
어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 제1 배터리 팩(210a)과 제2 배터리 팩(210b)을 통해 전압을 공급할 때, 제1 배터리 팩(210a)의 전압과 제2 배터리 팩(210b)의 전압에 기초해서, 제1 더미 셀 그룹(231a1, 231a2)과 제2 더미 셀 그룹(231b1, 231b2)을 사용하지 않거나, 제1 더미 셀 그룹(231a1, 231a2) 및 제2 더미 셀 그룹(231b1, 231b2) 중에서 추가로 전압을 공급할 더미 셀 그룹을 선택할 수 있다.
어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 두 배터리 팩(210a, 210b) 사이의 전압 차이에 기초해서 추가로 전압을 공급할 더미 셀 그룹의 개수를 결정할 수 있다. 한 실시예에서, 두 배터리 팩(210a, 210b) 사이의 전압 차이가 Vd/2 전압보다 작다면 더미 셀 그룹을 사용하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 두 배터리 팩(210a, 210b) 사이의 전압 차이가 Vd/2 전압 이상이고 (3/2)*Vd 전압보다 작다면 하나의 더미 셀 그룹을 선택할 수 있다. 두 배터리 팩(210a, 210b) 사이의 전압 차이가 (3/2)*Vd 전압 이상이고 (5/2)*Vd 전압보다 작다면 두 개의 더미 셀 그룹을 선택할 수 있다. 어떤 실시예에서, (Vd/2) 전압은 돌입 전류가 발생하지 않거나 회로에 영향을 미치지 않을 정도의 돌입 정도가 발생하는 전압 차이로 실험적으로 정해질 수 있다.
도 1 내지 도 5에서는 더미 셀 그룹이 배터리 팩의 양극 단자에 연결되는 것으로 도시하였지만, 어떤 실시예에서 설계에 따라 더미 셀 그룹이 배터리 팩의 음극 단자에 연결될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩 전압 보상 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 배터리 장치의 배터리 관리 시스템은 배터리 팩을 통해 전력을 공급하기 위해 스위칭 절차를 시작한다(S610). 먼저, 복수의 배터리 팩의 음극 스위치(예를 들면, 도 1의 122)를 닫는다(S620). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 음극 스위치(122)를 닫기 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호를 음극 스위치(122)로 전달할 수 있다(S620).
다음, 복수의 병렬 배터리 팩 사이에 전압 차이가 없는 경우(S630), 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 팩의 양극 스위치(예를 들면, 도 1의 121)를 닫는다(S640). 복수의 배터리 팩 사이의 전압 차이가 소정 전압 이상인 경우(S630), 전압이 낮은 배터리 팩에 전압 차이에 해당하는 전압을 보상하기 위한 적어도 하나의 더미 배터리 셀(예를 들면, 더미 셀 그룹)을 연결한다(S650). 이에 따라, 배터리 관리 시스템은 전압이 높은 배터리 팩에서는 더미 배터리 셀을 사용하지 않고 배터리 팩을 통해 전압을 공급하고, 전압이 낮은 배터리 팩에서는 배터리 팩과 더미 배터리 셀을 연결하여 전압을 공급한다(S650). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 전압이 높은 배터리 팩의 양극 스위치를 닫고, 전압이 낮은 배터리 팩에서는 선택한 더미 셀 그룹 중 마지막 더미 셀 그룹의 더미 스위치(예를 들면, 도 1의 132)를 닫을 수 있다(S650). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 양극 스위치(121)를 닫기 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호를 양극 스위치(121)로 전달하고, 더미 스위치(132)를 닫기 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호를 더미 스위치(132)로 전달할 수 있다.
어떤 실시예에서, 전압이 낮은 배터리 팩에 연결되는 더미 배터리 셀의 개수는 보상할 전압(예를 들면, 복수의 배터리 팩 사이의 전압 차이)에 기초해서 결정될 수 있다. 즉, 보상할 전압(전압 차이)가 클수록 더 많은 더미 배터리 셀이 배터리 팩에 연결될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 병렬로 연결되는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩,
    상기 제1 배터리 팩의 한 단자에 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹,
    상기 제2 배터리 팩의 한 단자에 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹, 그리고
    상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 통해 전압을 공급할 때, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압에 기초해서, 상기 제1 배터리 셀 그룹과 상기 제2 배터리 셀 그룹을 사용하지 않거나, 상기 제1 배터리 셀 그룹 및 상기 제2 배터리 셀 그룹 중에서 추가로 전압을 공급할 배터리 셀 그룹을 선택하는 프로세서
    를 포함하는 배터리 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 작을 때, 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 셀 그룹과 상기 제2 배터리 셀 그룹을 사용하지 않는, 배터리 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높고, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 클 때, 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 셀 그룹에서 추가로 전압을 공급할 배터리 셀 그룹을 선택하는, 배터리 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹은 복수의 제1 배터리 셀 그룹을 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이에 기초해서 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중에서 추가로 전압을 공급할 배터리 셀 그룹의 개수를 결정하는
    배터리 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 소정 전압과 제1 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중에서 하나의 배터리 셀 그룹을 선택하고,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 제1 전압과 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중에서 두 개의 배터리 셀 그룹을 선택하는
    배터리 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하며,
    상기 제2 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는
    배터리 장치.
  7. 제1 배터리 팩,
    상기 제1 배터리 팩의 제1 단자에 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹,
    제2 배터리 팩,
    상기 제2 배터리 팩의 제1 단자에 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹,
    상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 제1 연결 단자 사이에 연결되어 있는 제1 스위치,
    상기 제2 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되어 있는 제2 스위치,
    상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹의 한 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 각각 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 더미 스위치,
    상기 적어도 하나의 제2 배터리 셀 그룹의 한 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 각각 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 더미 스위치, 그리고
    상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 통해 전압을 공급할 때, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압에 기초해서, 상기 제1 스위치와 상기 적어도 하나의 제1 더미 스위치 중에서 닫을 스위치를 결정하고, 상기 제2 스위치와 상기 적어도 하나의 제2 더미 스위치 중에서 닫을 스위치를 결정하는 프로세서
    를 포함하는 배터리 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 작을 때, 상기 프로세서는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 닫는, 배터리 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높고, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 소정 전압보다 클 때, 상기 프로세서는 상기 적어도 하나의 제1 더미 스위치 중 타겟 제1 더미 스위치와 상기 제2 스위치를 닫는, 배터리 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 적어도 하나의 제1 배터리 셀 그룹은 복수의 제1 배터리 셀 그룹을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 제1 더미 스위치는 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹의 한 단자에 각각 연결되는 복수의 제1 더미 스위치를 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이에 기초해서 상기 복수의 제1 더미 스위치 중에서 상기 타겟 제1 더미 스위치를 결정하는
    배터리 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 소정 전압과 제1 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 더미 스위치 중에서 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중 첫 번째 제1 배터리 셀 그룹에 연결된 제1 더미 스위치를 닫고,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압의 차이가 상기 제1 전압과 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압 사이일 때, 상기 프로세서는 상기 복수의 제1 더미 스위치 중에서 상기 복수의 제1 배터리 셀 그룹 중 두 번째 제1 배터리 셀 그룹에 연결된 제1 더미 스위치를 닫는
    배터리 장치.
  12. 제7항에서,
    상기 제1 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하며,
    상기 제2 배터리 셀 그룹은 직렬로 연결되어 있는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는
    배터리 장치.
  13. 제7항에서,
    상기 제1 배터리 팩의 제2 단자와 제2 연결 단자 사이에 연결되어 있는 제3 스위치, 그리고
    상기 제2 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되어 있는 제4 스위치
    를 더 포함하는 배터리 장치.
  14. 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치의 배터리 팩 전압 보상 방법으로서,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제2 배터리 팩의 전압을 비교하는 단계,
    상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높은 경우, 상기 제2 배터리 팩을 통해 전압을 공급하는 단계, 그리고
    상기 제2 배터리 팩의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압보다 높은 경우, 상기 제1 배터리 팩에 적어도 하나의 더미 배터리 셀을 연결하여 상기 제1 배터리 팩과 상기 더미 배터리 셀을 통해 전압을 공급하는 단계
    를 포함하는 배터리 팩 전압 보상 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 배터리 팩의 전압과 상기 제1 배터리 팩의 전압의 차이에 기초해서 상기 적어도 하나의 더미 배터리 셀의 개수를 결정하는 단계를 더 포함하는 배터리 팩 전압 보상 방법.
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