KR20230038050A - 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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KR20230038050A
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송기훈
김준석
안효성
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 제1 컨버터, 상기 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 제2 컨버터, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 정보 획득부 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하고, 상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND OPERATING 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 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 배터리는 소형, 경량으로 제작할 수 있어 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 장기간 사용시 특정 배터리 셀의 용량 감소에 따른 저 전압 진단에 따라 지속 사용이 어려운 문제가 발생할 수 있고, 장기간 사용한 배터리 팩을 방치한 경우에는 퇴화가 심한 배터리 셀의 용량이 다른 배터리 셀과 비교하여 용량이 현저하게 감소하여 저 전압 진단에 따라 영구적으로 사용이 불가하게 될 수 있다. 또한, 특정 배터리 셀의 퇴화가 심할 경우, 사용이 가능하다 하여도 충전 이후 다른 배터리 셀과 비교하였을 때 용량이 낮기 때문에 배터리 팩 전체의 방전 용량이 감소하는 문제를 야기할 수 있다. 즉, 특정 배터리 셀을 충전하여 전체 배터리 셀의 용량을 맞추는 것이 필요할 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 두개의 컨버터를 각각 다른 그룹에 포함된 배터리 셀과 연결하여 특정 배터리 셀을 충전할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 저전압 상태인 배터리 셀을 판단하여 충전할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 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 셀 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 제1 컨버터, 상기 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 제2 컨버터, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 정보 획득부 및 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하고, 상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 컨버터의 출력은 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 제1 극에 연결되고, 상기 제1 컨버터의 그라운드(Ground)는 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 제2 극에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 컨버터의 출력은 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 제1 극에 연결되고, 상기 제2 컨버터의 그라운드는 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 제2 극에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는, 상기 복수의 배터리 셀 각각과 복수의 스위치를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 포함할 수 있고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제1 배터리 셀로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제1 그룹에 포함되는 경우에, 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하고, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 그룹에 포함되는 경우에, 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제2 배터리 셀로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배터리 셀의 전압값이 제2 임계값 이상인 경우 또는 상기 제1 배터리 셀의 전압값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값과의 차이가 제2 설정값 이하인 경우, 상기 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성하고, 상기 제2 배터리 셀의 전압값이 상기 제2 임계값 이상인 경우 또는 상기 제2 배터리 셀의 전압값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값과의 차이가 상기 제2 설정값 이하인 경우, 상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 배터리 셀이 사용 중이 아닌 경우, 상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터를 상기 복수의 배터리 셀과 분리하는 차폐 변압기(Isolation Transformer)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 컨버터와 상기 제2 컨버터는 절연될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는, 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 입력받을 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 단계, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하는 단계 및 상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀은 제1 컨버터와 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀은 제2 컨버터와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 포함하고, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단하는 단계 및 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제1 배터리 셀로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제1 그룹에 포함되는지 판단하는 단계, 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하는 단계 및 상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 그룹에 포함되는지 판단하는 단계, 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제2 배터리 셀로 판단하는 단계 및 상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹에 연결된 제1 컨버터 및 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 연결된 제2 컨버터를 사용하여 복수의 배터리 셀 중 일부의 배터리 셀을 충전할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 배터리 셀이 저전압 조건을 만족하는 것으로 판단된 경우, 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 복수의 배터리의 셀 전체의 전압을 기초로 충전할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은, 셀 밸런싱 동작 횟수를 감소시킴으로서 충전 시간이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은, 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 충전하는 중에 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀과 다른 그룹에 존재하는 배터리 셀 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 존재하는 것으로 판단된 경우, 다른 그룹에 존재하는 배터리 셀 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 동시에 충전할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 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 제1 컨버터 및 제2 컨버터가 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결된 예시를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보다 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 제어 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 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(1000)은 배터리 모듈(100), 배터리 관리 장치(200), 및 릴레이(300)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수의 배터리 셀들이 4개인 것으로 도시 되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(100)은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 모듈(100)은 대상 장치(미도시)에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈(100)은 대상 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 대상 장치는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)을 포함하는 배터리 팩(1000)으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전기적, 전자적, 또는 기계적인 장치를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)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(100)이 한 개인 경우로 도시 되나, 실시예에 따라 배터리 모듈(100)은 복수개로 구성될 수도 있다.
배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 팩(1000), 배터리 모듈(100) 및/또는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 전압, 전류, 온도, 절연저항 등을 모니터링 할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 충방전 경로 또는 배터리 모듈(100) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(100)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC(State of Charge)나 SOH(State of Health) 등을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 릴레이(300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 대상 장치에 전원을 공급하기 위해 릴레이(300)를 단락 시킬 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 팩(1000)에 충전 장치가 연결되는 경우 릴레이(300)를 단락시킬 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)을 충전하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 중 전압이 낮은 배터리 셀을 판단할 수 있고, 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 전체 전압을 기초로 전압이 낮은 것으로 판단된 배터리 셀을 충전할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들을 충전하기 위하여 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨버터는 DC/DC 컨버터일 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 컨버터를 복수개 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수개의 컨버터 각각은 서로 다른 그룹에 포함된 배터리 셀에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 도면이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)는 제1 컨버터(210), 제2 컨버터(220), 정보 획득부(230) 및 컨트롤러(240)를 포함할 수 있다.
제1 컨버터(210)는 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀은 복수의 배터리 셀 중 홀수번째 배터리 셀일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 컨버터(210)는 DC/DC 컨버터 일 수 있다.
제1 컨버터(210)는 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제1 컨버터(210)는 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 입력받아 충전이 필요한 배터리 셀에 공급할 수 있다.
제1 컨버터(210)의 출력은 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 제1 극에 연결될 수 있고, 제1 컨버터(210)의 그라운드는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 제2 극에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 극은 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 양극일 수 있고, 제2 극은 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 음극일 수 있다.
제2 컨버터(220)는 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀은 복수의 배터리 셀 중 짝수번째 배터리 셀일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 컨버터(220)는 DC/DC 컨버터 일 수 있다.
제2 컨버터(220)는 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제2 컨버터(220)는 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 입력받아 충전이 필요한 배터리 셀에 공급할 수 있다.
제2 컨버터(220)의 출력은 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 제1 극에 연결될 수 있고, 제2 컨버터(220)의 그라운드는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 제2 극에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 극은 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 양극일 수 있고, 제2 극은 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 음극일 수 있다.
제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)는 복수의 배터리 셀 각각과 복수의 스위치를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 스위치는 BJT 또는 MOSFET을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 복수의 스위치는 컨트롤러(240)에서 생성되는 제어신호를 통해 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 관리 장치(200)는 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)를 복수의 배터리 셀과 분리하는 차폐 변압기(Isolation Transformer)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 차폐 변압기는 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)의 그라운드를 복수의 배터리 셀로부터 분리하는 역할을 수행할 수 있다.
정보 획득부(230)는 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보는 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 포함할 수 있다.
컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단할 수 있고, 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀은 복수의 배터리 셀 중 저전압으로 판단되는 배터리 셀일 수 있다.
컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 저전압 조건을 만족하는 제1 배터리 셀을 판단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀이 저전압 조건을 만족하는 경우는 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 및 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다
컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 설정값은 200mV일 수 있다. 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 임계값은 2.8V일 수 있다. 다른 예를 들어, 배터리 셀은 전압값이 3V인 경우까지 사용 가능한 것으로 판단하고, 3V 이하로 전압값이 떨어지는 경우 배터리 셀의 용량이 급격히 낮아지기 때문에 제1 임계값은 3V보다 작은 임의의 값일 수 있다.
컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제1 배터리 셀로 판단할 수 있다.
컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성함으로서, 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어할 수 있다.
컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 제1 그룹 및 제2 그룹 중 어느 그룹에 포함되어 있는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 홀수번째 배터리 셀인 경우에는 제1 그룹에 포함된 것으로 판단할 수 있고, 제1 배터리 셀이 짝수번째 배터리 셀인 경우에는 제2 그룹에 포함된 것으로 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 복수의 배터리 셀 각각은 식별 정보가 설정될 수 있고, 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀 각각의 식별 정보를 기반으로 제1 배터리 셀이 제1 그룹 또는 제2 그룹 중 어느 그룹에 포함되는지 판단할 수 있다.
컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 제1 그룹에 포함되는 경우에, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀들 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 판단할 수 있다. 예를 들어, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀이 저전압 조건을 만족하는 경우는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 및 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 컨트롤러는, 제1 배터리 셀이 제1 그룹에 포함되는 경우에, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인지 또는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 설정값은 200mV일 수 있고, 제1 임계값은 2.8V일 수 있다.
컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 제1 그룹에 포함되는 경우에, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀들 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 제2 그룹에 존재하지 않는 경우에는, 제2 배터리 셀이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀들 중 저전압 조건을 만족하는 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성함으로서, 제2 배터리 셀을 충전하도록 제어할 수 있다.
컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 제2 그룹에 포함되는 경우에, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀들 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀이 저전압 조건을 만족하는 경우는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 및 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 컨트롤러는, 제1 배터리 셀이 제2 그룹에 포함되는 경우에, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인지 또는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 설정값은 200mV일 수 있고, 제1 임계값은 2.8V일 수 있다.
컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 제2 그룹에 포함되는 경우에, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀들 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 제1 그룹에 존재하지 않는 경우에는, 제2 배터리 셀이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀들 중 저전압 조건을 만족하는 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성함으로서, 제2 배터리 셀을 충전하도록 제어할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀 중 저전압 조건을 만족하는 제1 배터리를 판단할 수 있고, 제1 배터리를 충전하도록 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(240)는 제1 배터리를 충전하는 중에 제1 배터리가 포함된 그룹과 상이한 다른 그룹에 포함된 배터리 셀들 중 저전압 조건을 만족하는 제2 배터리를 판단할 수 있고, 제2 배터리를 충전하도록 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀만 충전하도록 제어할 수도 있고, 서로 다른 그룹에 포함된 배터리 셀 두개를 동시에 충전하도록 제어할 수도 있다.
컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀의 전압값이 제2 임계값 이상인 경우 또는 제1 배터리 셀의 전압값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값과의 차이가 제2 설정값 이하인 경우, 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 임계값은 2.85V일 수 있고, 제2 설정값은 100mV일 수 있다. 즉, 컨트롤러(240)는 기 설정된 조건에 제1 배터리 셀의 전압값이 도달하는 경우에 제1 배터리 셀의 충전을 중단하도록 제어할 수 있다.
컨트롤러(240)는 제2 배터리 셀의 전압값이 제2 임계값 이상인 경우 또는 제2 배터리 셀의 전압값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값과의 차이가 제2 설정값 이하인 경우, 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 임계값은 2.85V일 수 있고, 제2 설정값은 100mV일 수 있다. 즉, 컨트롤러(240)는 기 설정된 조건에 제2 배터리 셀의 전압값이 도달하는 경우에 제2 배터리 셀의 충전을 중단하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)는 절연될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(240)는 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)를 사용하여 서로 다른 두개의 그룹에 포함된 배터리 셀 각각을 동시에 충전하도록 제어할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)의 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀이 사용 중이 아닌 경우, 저전압으로 판단된 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀이 사용 중인 경우에는 충전을 수행하지 않을 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀의 충전 또는 방전이 완료되고, 저전압으로 판단되는 배터리 셀이 존재하는 경우에, 저전압으로 판단된 배터리 셀을 충전할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)는 서로 다른 그룹에 포함된 배터리 셀과 연결된 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)를 사용하여, 저전압으로 판단된 배터리 셀을 충전할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 제1 컨버터(210)와 연결된 제1 배터리 셀이 저전압으로 판단된 경우, 복수의 배터리 셀 전체의 전압을 기초로 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어할 수 있고, 제1 배터리 셀의 전압값이 설정된 조건을 만족하는 경우에 충전을 중단하도록 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 저전압으로 판단된 제1 배터리 셀이 포함된 그룹과 상이한 그룹에 포함된 배터리 셀 중 저전압으로 판단되는 제2 배터리 셀이 존재하는 경우, 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 동시에 충전하도록 제어할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 배터리 셀 또는 어느 두개의 배터리 셀의 용량이 작은 경우 방전 용량이 감소되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는 하나의 배터리 셀을 액티브 밸런싱(active balancing)할 수 있을 뿐만 아니라, 두개의 배터리 셀을 액티브 밸런싱함으로서 보다 빠르게 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)는 저전압으로 판단된 배터리 셀을 충전할 수 있고, 저전압으로 판단되는 기준은 사용자가 임의로 설정할 수 있다. 또한, 저전압으로 판단된 배터리 셀이 충전되어 설정된 전압값에 도달한 경우에 배터리 관리 장치(200)는 배터리 셀의 충전을 중단함으로서 다른 배터리 셀과 밸런싱을 수행할 수 있다. 예를 들어, 설정된 전압값은 사용자가 설정한 값일 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀이 충전되기 전에 미치 저전압 상태에 있는 배터리 셀을 판단하여 충전할 수 있기 때문에, 충전 시 셀 밸런싱 동작 횟수를 감소시킬 수 있고, 따라서 충전 시간을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 제1 컨버터 및 제2 컨버터가 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결된 예시를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)과 복수의 스위치(10)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)는 도 2의 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)와 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 컨버터(210)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀(110, 130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹은 홀수번째 배터리 셀(110, 130)을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 컨버터(210)는 DC/DC 컨버터일 수 있고, 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 전체 전압을 입력받을 수 있다.
제1 컨버터(210)의 출력(Out)은 제1 그룹에 포함된 배터리 셀(110, 130)의 제1 극에 연결될 수 있고, 제1 컨버터(210)의 그라운드(GND)는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀(110, 130)의 제2 극에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 극은 양극이고 제2 극은 음극일 수 있다.
제1 컨버터(210)의 그라운드(GND)와 제1 그룹에 포함된 배터리 셀(110, 130)의 제2 극은 스위치를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 스위치가 단락되는 경우 배터리 셀은 충전될 수 있고, 스위치가 개방되는 경우 배터리 셀의 충전은 중단될 수 있다. 스위치는 도 2의 배터리 관리 장치(200)로부터 제어될 수 있다.
제2 컨버터(220)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀(120, 140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 그룹은 짝수번째 배터리 셀(120, 140)을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 컨버터(210)는 DC/DC 컨버터일 수 있고, 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 전체 전압을 입력받을 수 있다.
제2 컨버터(220)의 출력(Out)은 제2 그룹에 포함된 배터리 셀(120, 140)의 제1 극에 연결될 수 있고, 제2 컨버터(220)의 그라운드(GND)는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀(120, 140)의 제2 극에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 극은 양극이고 제2 극은 음극일 수 있다.
제2 컨버터(220)의 그라운드(GND)와 제2 그룹에 포함된 배터리 셀(120, 140)의 제2 극은 스위치를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 스위치가 단락되는 경우 배터리 셀은 충전될 수 있고, 스위치가 개방되는 경우 배터리 셀의 충전은 중단될 수 있다. 스위치는 도 2의 배터리 관리 장치(200)로부터 제어될 수 있다.
제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)와 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 사이에는 차폐 변압기(Isolation Transformer)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 차폐 변압기는 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)를 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)과 분리할 수 있다.
제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)는 절연될 수 있다. 따라서, 제1 컨버터(210)에 연결된 스위치 및 제2 컨버터(220)에 연결된 스위치는 동시에 단락될 수 있고, 단락된 스위치에 연결된 각각의 배터리 셀은 동시에 충전될 수 있다.
복수의 스위치(10)는 BJT 또는 MOSFET일 수 있다. 복수의 스위치(10)는 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 개수에 따라서 내압이 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 첫번째 배터리 셀(110)이 저전압으로 판단된 경우, 배터리 관리 장치(200, 도 2 참조)는 첫번째 배터리 셀(110)에 연결된 스위치가 단락되도록 제어할 수 있고, 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 전압은 제1 컨버터(210)를 통해 첫번째 배터리 셀(110)에 공급될 수 있고, 첫번째 배터리 셀(110)은 충전될 수 있다. 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각은 제1 컨버터(210) 또는 제2 컨버터(220)를 통해 전압을 공급 받을 수 있고, 따라서 복수의 배터리 셀(110, 120, 130, 140) 각각은 충전될 수 있다.
도 3에는 복수의 배터리 셀의 개수는 4개로 도시되었지만 이에 한정되는 것이 아니고, 복수의 배터리 셀은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 제1 컨버터(210) 및 제2 컨버터(220)는 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹 및 제2 그룹에 포함된 배터리 셀과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 단계(S110), 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하는 단계(S120) 및 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 단계(S110)에서 정보 획득부(230)는 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보는 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 포함할 수 있다.
복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하는 단계(S120)에서 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 저전압 조건을 만족하는 제1 배터리 셀을 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 배터리 셀이 저전압 조건을 만족하는 경우는 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 및 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 단계(S130)에서 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀은 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이기 때문에, 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성함으로서 제1 배터리 셀의 전압값을 다른 배터리 셀과 맞출 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀은 제1 컨버터(210)와 전기적으로 연결될 수 있고, 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀은 제2 컨버터(220)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀 및 제2 그룹에 포함된 배터리 셀은 서로 상이할 수 있다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보다 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단하는 단계(S210), 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제1 배터리 셀로 판단하는 단계(S220) 및 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계(S230)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, S210 단계 및 S220 단계는 도 4의 S120 단계에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, S230 단계는 도 4의 S130 단계에 포함될 수 있다.
복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단하는 단계(S210)에서 컨트롤러(240)는 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인지 또는 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(240)는 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 존재하지 않는 경우에, 지속적으로 복수의 배터리 셀의 상태를 모니터링하여 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제1 배터리 셀로 판단하는 단계(S220)에서 컨트롤러(240)는 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀이 S210 단계에서 저전압 조건을 만족하는 것으로 판단된 경우, 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제1 배터리 셀로 판단할 수 있다. 즉, 컨트롤러(240)는 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 제1 배터리 셀로 판단할 수 있다.
제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계(S230)에서 컨트롤러(240)는 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀인 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀은 제1 배터리 셀과 컨버터(210 또는 220)가 연결된 스위치가 단락되는 경우에 충전될 수 있다.
도 5에는 도시되지 않았지만, 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)의 동작 방법은 제1 배터리 셀의 충전이 완료된 경우 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성하는 단계가 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 충전되어 설정된 조건을 만족하는 전압값을 갖는 경우에 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)의 동작 방법은, 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단하는 단계(S310), 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제1 배터리 셀로 판단하는 단계(S320), 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계(S330), 제1 배터리 셀이 제1 그룹 및 제2 그룹 중 어느 그룹에 포함되어있는지 판단하는 단계(S340), 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하는 단계(S350), 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하는 단계(S360) 및 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계(S370)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, S310 단계 내지 S330 단계는 각각 도 5의 S210 단계 내지 S230 단계와 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 배터리 셀이 제1 그룹 및 제2 그룹 중 어느 그룹에 포함되어있는지 판단하는 단계(S340)에서 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 포함된 그룹이 제1 그룹 및 제2 그룹 중 어느 그룹인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 제1 그룹에 포함된 경우 S350 단계를 수행할 수 있고, 제1 배터리 셀이 제2 그룹에 포함된 경우 S360 단계를 수행할 수 있다.
제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하는 단계(S350)에서 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀이 제1 그룹에 포함된 경우, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 존재하는지 여부를 판단할 수 있고, 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단할 수 있다.
제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하는 단계(S360)에서 컨트롤러(240)는 제1 배터리가 제2 그룹에 포함된 경우, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀 중 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀이 존재하는지 여부를 판단할 수 있고, 저전압 조건을 만족하는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우, 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단할 수 있다.
제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계(S370)에서 컨트롤러(240)는 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제2 배터리 셀이 저전압으로 판단되었기 때문에, 제2 배터리 셀을 충전하기 위하여 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성할 수 있다.
도 6에는 도시되지 않았지만, 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(200)의 동작 방법은 제1 배터리 셀 및/또는 제2 배터리 셀의 충전이 완료된 경우 제1 배터리 셀 및/또는 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성하는 단계가 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 제1 배터리 셀 및/또는 제2 배터리 셀이 충전되어 설정된 조건을 만족하는 전압값을 갖는 경우에 제1 배터리 셀 및/또는 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성할 수 있다.
도 7은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 제어 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(700)은 MCU(710), 메모리(720), 입출력 I/F(730) 및 통신 I/F(740)를 포함할 수 있다.
MCU(710)는 메모리(720)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, 배터리 셀 전압 측정 프로그램, 스위칭 제어 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 배터리 셀의 전압과 내부 저항 등을 포함한 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 2에 나타낸 배터리 관리 장치(200)의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서일 수 있다.
메모리(720)는 배터리 셀의 전압 측정이나 스위칭 제어 등에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(720)는 배터리 셀의 전압이나 내부 저항 등 각종 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(720)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(720)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(720)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(720)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(720)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(730)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(710) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(740)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(740)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 셀의 전압 측정과 스위칭 제어를 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(720)에 기록되고, MCU(710)에 의해 처리됨으로써, 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 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.
10: 복수의 스위치
100: 배터리 모듈
110, 120, 130, 140: 복수의 배터리 셀
200: 배터리 관리 장치
210: 제1 컨버터
220: 제2 컨버터
230: 정보 획득부
240: 컨트롤러
300: 릴레이
700: 컴퓨팅 시스템
710: MCU
720: 메모리
730: 입출력 I/F
740: 통신 I/F
1000: 배터리 팩

Claims (18)

  1. 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 제1 컨버터;
    상기 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 제2 컨버터;
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 정보 획득부; 및
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하고, 상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 컨버터의 출력은 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 제1 극에 연결되고, 상기 제1 컨버터의 그라운드(Ground)는 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 제2 극에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 컨버터의 출력은 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 제1 극에 연결되고, 상기 제2 컨버터의 그라운드는 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 제2 극에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는,
    상기 복수의 배터리 셀 각각과 복수의 스위치를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 최저값이 제1 임계값보다 작은 경우,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제1 배터리 셀로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀이 상기 제1 그룹에 포함되는 경우에, 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하고,
    상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 그룹에 포함되는 경우에, 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제2 배터리 셀로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리 셀의 전압값이 제2 임계값 이상인 경우 또는 상기 제1 배터리 셀의 전압값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값과의 차이가 제2 설정값 이하인 경우, 상기 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성하고,
    상기 제2 배터리 셀의 전압값이 상기 제2 임계값 이상인 경우 또는 상기 제2 배터리 셀의 전압값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값과의 차이가 상기 제2 설정값 이하인 경우, 상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 개방시키는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 배터리 셀이 사용 중이 아닌 경우, 상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터를 상기 복수의 배터리 셀과 분리하는 차폐 변압기(Isolation Transformer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 컨버터와 상기 제2 컨버터는 절연되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는,
    상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 입력받는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  14. 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 획득하는 단계;
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하는 단계; 및
    상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 복수의 배터리 셀 중 제1 그룹에 포함된 배터리 셀은 제1 컨버터와 전기적으로 연결되고,
    상기 복수의 배터리 셀 중 제2 그룹에 포함된 배터리 셀은 제2 컨버터와 전기적으로 연결되는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 포함하고,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상태 정보를 기초로 제1 배터리 셀을 판단하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 최저값이 제1 임계값보다 작은지 판단하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제1 배터리 셀로 판단하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀을 충전하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 단계는,
    상기 제1 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀이 상기 제1 그룹에 포함되는지 판단하는 단계;
    상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제2 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 제2 배터리 셀로 판단하는 단계; 및
    상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 그룹에 포함되는지 판단하는 단계;
    상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값과 상기 복수의 배터리 셀의 전압값 중 최고값의 차이가 상기 제1 설정값 이상인 경우 또는 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 그룹에 포함된 배터리 셀의 전압값 중 최저값에 대응되는 전압값을 갖는 배터리 셀을 상기 제2 배터리 셀로 판단하는 단계; 및
    상기 제2 배터리 셀과 연결된 스위치를 단락시키는 제어신호를 생성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
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