KR20230065072A - 배터리 관리 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템 - Google Patents

배터리 관리 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템 Download PDF

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Abstract

차량의 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 배터리의 일단과 외부 장치 사이를 전기적으로 연결하는 릴레이, 그리고 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 복수의 배터리 셀에 연결되어 상기 복수의 배터리 셀의 전압 및 상기 배터리의 온도에 관한 정보를 획득하는 모니터링 IC, 및 상기 차량의 전자 제어부로부터 상기 차량의 운행 정보를 수신하고, 상기 획득된 정보 및 상기 배터리에 흐르는 전류를 이용하여 상기 배터리의 충전 용량(SoC)를 추정하며, 상기 차량의 운행 정보 및 상기 충전 용량에 기초하여 상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 판단하는 메인 제어 회로를 포함한다. 상기 메인 제어 회로는, 상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 상기 배터리 시스템의 동작 모드를 시간의 경과에 따라 상기 모니터링 IC의 온 및 오프를 반복하는 홀트 모드로 변경한다.

Description

배터리 관리 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템{BATTERY MANAGEMENT METHOD AND BATTERY SYSTEM USING THE SAME}
본 개시는 배터리 관리 방법 및 이를 이용한 배터리 시스템에 관한 것이다.
배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)은, 메인 배터리를 모니터링하는 모니터링 IC(Battery Monitoring Integrated Circuit, BMIC), 그리고 이를 제어하는 메인 제어 회로(Main Control Unit, MCU)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 모니터링 IC는 고전압 메인 배터리를 전원으로 사용하나, 메인 제어 회로(MCU)는 저전압 보조 배터리, 예컨대 12V 납축 전지를 전원으로 사용하곤 한다.
한편, 쇼룸에 전시된 경우와 같이 차량을 예외적으로 사용하는 경우에, 메인 배터리가 충전되지 않은 상태로 오랜 시간 전시될 수 있다. 이 때, 모니터링 IC는 지속적으로 메인 배터리를 사용함으로써, 메인 배터리가 과방전될 위험이 있다. 한 번 배터리가 과방전되면, 배터리를 다시 충전하여 사용할 수 없으므로 손실 비용이 크다는 문제점이 있다.
본 발명은, 차량의 예외적인 사용을 감지하여, 배터리 방전을 방지할 수 있는 배터리 관리 방법 및 배터리 시스템을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 차량의 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 배터리의 일단과 외부 장치 사이를 전기적으로 연결하는 릴레이, 그리고 배터리 관리 시스템을 포함하고, 배터리 관리 시스템은, 복수의 배터리 셀에 연결되어 복수의 배터리 셀의 전압 및 배터리의 온도에 관한 정보를 획득하는 모니터링 IC, 및 차량의 전자 제어부로부터 차량의 운행 정보를 수신하고, 획득된 정보 및 배터리에 흐르는 전류를 이용하여 배터리의 충전 용량(SoC)를 추정하며, 차량의 운행 정보 및 충전 용량에 기초하여 배터리 시스템 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 판단하는 메인 제어 회로를 포함한다. 메인 제어 회로는, 배터리 시스템 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 배터리 시스템의 동작 모드를 시간의 경과에 따라 모니터링 IC의 온 및 오프를 반복하는 홀트 모드로 변경한다.
홀트 모드 진입 조건은, 배터리 시스템의 대기 모드가 소정의 대기 시간 동안 유지되었는지 여부를 더 포함하고, 배터리 시스템의 대기 모드에서, 메인 제어 회로가 웨이크업 상태이고, 릴레이가 오픈되어 있으며, 모니터링 IC는 온 상태일 수 있다.
차량의 운행 정보는 차량의 속도 및 차량의 기어 모드에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 메인 제어 회로는, 배터리 시스템이 대기 모드로 동작하기 시작한 시점부터 대기 시간이 경과하고, 배터리의 충전 용량이 기준 충전 용량 미만이며, 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 차량의 기어 모드가 파킹 모드이면, 홀트 모드 진입 조건을 만족한다고 판단할 수 있다.
홀트 모드는 미리 설정된 제1 홀트 시간 동안 모니터링 IC를 오프하는 모니터링 오프 모드 및 제1 홀트 시간보다 짧은 제2 홀트 시간 동안 모니터링 IC를 온 하는 모니터링 온 모드를 포함하고, 모니터링 오프 모드 및 모니터링 온 모드에서, 메인 제어 회로는 웨이크업 상태이고, 릴레이는 오픈되어 있을 수 있다.
발명의 또 다른 특징에 따른 배터리 관리 방법은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리에 연결된 모니터링 IC가, 복수의 배터리 셀의 전압 및 배터리의 온도에 관한 정보를 획득하는 단계; 메인 제어 회로가, 획득된 정보 및 배터리에 흐르는 배터리 전류를 이용하여 배터리의 충전 용량을 추정하는 단계; 메인 제어 회로가, 차량의 전자 제어부로부터 차량의 운행 정보에 대한 정보를 수신하는 단계; 메인 제어 회로가, 차량의 운행 정보 및 충전 용량에 기초하여 배터리 시스템 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 그리고 배터리 시스템 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 메인 제어 회로가, 배터리 시스템의 동작 모드를 시간의 경과에 따라 모니터링 IC의 온 및 오프를 반복하는 홀트 모드로 변경하도록 제어하는 단계를 포함한다.
홀트 모드 진입 조건은, 배터리 시스템의 대기 모드가 소정의 대기 시간 동안 유지되었는지 여부를 더 포함하고, 배터리 시스템의 대기 모드에서, 메인 제어 회로가 웨이크업 상태이고, 릴레이가 오픈되어 있으며, 모니터링 IC는 온 상태일 수 있다.
차량의 운행 정보는 차량의 및 차량의 기어 모드에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 메인 제어 회로가 배터리 시스템 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계는, 배터리 시스템이 대기 모드로 동작하기 시작한 시점부터 대기 시간이 경과하고, 배터리의 충전 용량이 기준 충전 용량 미만이며, 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 차량의 기어 모드가 파킹 모드이면 메인 제어 회로가, 홀트 모드 진입 조건을 만족한다고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
홀트 모드는 미리 설정된 제1 홀트 시간 동안 모니터링 IC를 오프하는 모니터링 오프 모드 및 제1 홀트 시간보다 짧은 제2 홀트 시간 동안 모니터링 IC를 온 하는 모니터링 온 모드를 포함하고, 모니터링 오프 모드 및 모니터링 온 모드에서, 메인 제어 회로는 웨이크업 상태이고, 릴레이는 오픈되어 있을 수 있다.
발명의 또 다른 특징에 따른 차량은, 차량의 속도 및 차량의 기어 모드에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 차량의 운행 정보를 생성하는 전자 제어부, 및 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 및 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 시스템을 포함하고, 배터리 관리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리에 연결되어 복수의 배터리 셀의 전압 및 배터리의 온도에 관한 정보를 획득하는 모니터링 IC, 및 전자 제어부로부터 차량의 운행 정보를 수신하고, 획득된 정보 및 배터리에 흐르는 전류를 이용하여 배터리의 충전 용량(SoC)를 추정하며, 차량의 운행 정보 및 충전 용량에 기초하여 배터리 시스템 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 판단하고, 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 배터리 시스템의 동작 모드를 시간의 경과에 따라 모니터링 IC의 온 및 오프를 반복하는 홀트 모드로 변경하도록 제어하는, 메인 제어 회로를 포함한다.
홀트 모드 진입 조건은, 배터리 시스템의 대기 모드가 소정의 대기 시간 동안 유지되었는지 여부를 더 포함하고, 배터리 시스템의 대기 모드에서, 메인 제어 회로가 웨이크업 상태이고, 릴레이가 오픈되어 있으며, 모니터링 IC는 온 상태일 수 있다.
메인 제어 회로는, 배터리 시스템이 대기 모드로 동작하기 시작한 때부터 대기 시간이 경과하고, 배터리의 충전 용량이 기준 충전 용량 미만이며, 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 차량의 기어 모드가 파킹 모드이면, 홀트 모드 진입 조건을 만족한다고 판단할 수 있다.
홀트 모드는 미리 설정된 제1 홀트 시간 동안 모니터링 IC를 오프하는 모니터링 오프 모드 및 제1 홀트 시간보다 짧은 제2 홀트 시간 동안 모니터링 IC를 온 하는 모니터링 온 모드를 포함하고, 모니터링 오프 모드 및 모니터링 온 모드에서, 메인 제어 회로는 웨이크업 상태이고, 릴레이는 오픈되어 있을 수 있다.
본 발명은, 배터리의 과방전을 방지할 수 있는 배터리 시스템 및 배터리 관리 방법을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따라 배터리 시스템이 탑재된 차량을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 시스템의 동작 모드를 설명하는 예시도이다.
도 3은 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 따라 배터리 시스템이 탑재된 차량을 설명하는 도면이다.
도 1에서는 차량(100)의 구성 중 일 실시예에 따른 배터리 시스템(1)을 설명하기 위해 필요한 구성만이 도시되어 것으로, 이외에 다른 구성이 더 연결될 수 있다.
도 1을 참고하면, 차량(100)은 배터리 시스템(1) 및 전자 제어부(2)를 포함한다.
배터리 시스템(1)은 배터리(10), 릴레이(21, 23), 그리고 배터리 관리 시스템(Battery Managing System, BMS)(30)을 포함한다.
배터리(10)는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln)을 포함한다. 배터리(10)는 배터리 시스템(1)의 제1 출력단(OUT1) 및 제2 출력단(OUT2)을 통해 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 외부 장치는, 충전기 또는 부하일 수 있다.
릴레이(21)는 배터리(10)의 양극과 제1 출력단(OUT1) 사이에 연결될 수 있다. 또는 릴레이(23)는 배터리(10)의 음극과 제2 출력단(OUT2) 사이에 연결될 수 있다. 릴레이(21, 23)는 충방전 시에 BMS(30)의 제어에 의해 닫혀, 배터리(10)를 외부 장치와 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 릴레이(21, 23)는 BMS(30)의 제어에 의해 열려, 배터리(10)를 외부 장치와 전기적으로 분리할 수 있다.
BMS(30)는 배터리 시스템(1)의 동작 모드를 결정하고, 결정된 동작 모드에 따라 배터리 시스템(1)을 전반적으로 제어한다. BMS(30)는 모니터링 IC(BMIC)(310), 메인 제어 회로(MCU)(330), 그리고 통신부(350)를 포함할 수 있다.
모니터링 IC(310)는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 각각에 연결되어, 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 각각의 셀 전압을 측정하고, 측정한 결과를 MCU(330)에 전달할 수 있다. 또한, 모니터링 IC(310)는 배터리(10)에 구비된 온도 센서(도시하지 않음)에 의해 감지된 온도에 관한 정보를 수신하여 MCU(330)에 전달할 수 있다. MCU(330)는 온도에 관한 정보에 기초하여 배터리(10)의 온도 및/또는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 각각의 온도를 추정할 수 있다. 이하, 배터리(10)의 온도 및/또는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 각각의 온도를 통칭하여 배터리(10)의 온도라 한다.
이외에도, 모니터링 IC(310)는 MCU(330)의 제어에 따라 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 중 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 다만, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 셀 밸런싱을 위한 밸런싱 회로가 모니터링 IC(310)와 구분되어 별도의 회로로 구현될 수 있다.
전류 센서(25)는 배터리(10)와 외부장치 간 전류 경로에 직렬 연결되어 있다. 전류 센서(25)는 배터리(10)에 흐르는 전류 즉, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하고, 측정 결과를 MCU(330)에 전달할 수 있다.
MCU(330)는 모니터링 IC(310) 및 전류 센서(25)로부터 전달받은 정보에 기초하여 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 각각의 충전 용량(SOC, State of Charge)을 추정할 수 있다. MCU(330)는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln)의 충전 용량(SoC)들에 기초하여 배터리(10)의 충전 용량을 추정할 수 있다. MCU(330)가 복수의 배터리 셀 각각의 충전 용량을 추정하는 방법은, 전류 적산 방식, 등가 회로 모델을 이용한 방식, 두 방식을 조합한 방식 등 공지된 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따른 MCU(330)는 배터리 전류를 적산하여 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 각각의 충전 용량을 추정하고, 복수의 배터리 셀 각각의 전압 및 배터리 온도에 기초하여 전류 적산에 기초해 추정된 충전 용량을 보정하는 것으로 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리(10)의 충전 용량(SOC)을 추정하고, 추정된 충전 용량에 기초하여 충방전을 제어할 수 있다. 다만, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, MCU(330)는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 중 특정 셀의 충전 용량을 추정할 수도 있다. 또한, MCU(330)는 모니터링 IC(310)로부터 전달받은 복수의 셀 전압에 대한 정보에 기초하여 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln)에 대한 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있다.
MCU(330)는 보조 배터리로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이 때, 보조 배터리는 충방전이 가능한 2차 전지로, 12V 납축 전지일 수 있다. 예를 들어, 차량이 쇼룸에 전시된 경우 등 다양한 상황에서, 보조 배터리는 충전기에 연결되어 충전될 수 있다. 그러면, MCU(330)가 온 상태를 유지하더라도, 보조 배터리가 과방전되는 이벤트는 발생하지 않을 수 있다.
통신부(350)는 차량의 전자 제어부(2)와 무선 통신을 통해 정보를 요청하거나 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(350)는 전자 제어부(2)와 CAN(Controller Area Network) 통신망을 통해 통신할 수 있다.
전자 제어부(2)는 차량(100)의 운행에 필요한 정보를 획득하여 차량(100)의 운행을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 제어부(2)는 차량의 ECU(electronic control unit)를 포함할 수 있다.
전자 제어부(2)는 BMS(30)로부터 차량의 운행에 필요한 배터리 시스템(1)에 관한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 배터리 시스템(1)에 관한 정보는 배터리(10)의 충전 상태, 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln)의 복수의 셀 전압, 배터리 전류, 및 배터리(10)의 온도 등에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이를 기초로, 전자 제어부(2)는 배터리 시스템(1)의 운영에 필요한 제어를 BMS(30)에 요청할 수 있다.
또한, 전자 제어부(2)는 배터리 시스템(1)의 동작 모드를 변경하는 모드 전환 요청을 BMS(30)에 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(30)는 수신한 동작 모드에 따라 배터리 시스템(1)의 동작을 제어할 수 있다.
이외에도, 전자 제어부(2)는 차량의 운행 정보를 확인할 수 있다. 예를 들어, 차량의 운행 정보는 차량의 속도 및/또는 차량의 기어 모드 등을 포함할 수 있다. 전자 제어부(2)는, BMS(30)로부터 차량의 운행 정보에 대한 정보 요청이 있는 경우 해당 정보를 BMS(30)에 전송할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 시스템(1)의 동작 모드를 설명하는 예시도이다.
배터리 시스템(1)은 슬립 모드(M1), 대기 모드(M2), 온 모드(M3), 및 홀트 모드(M4) 중 하나의 모드로 동작할 수 있다.
슬립 모드(M1)는, 배터리 시스템(1)이 오프 상태이고, 배터리 시스템(1)이 외부 장치와 전기적으로 연결되지 않은 상태일 수 있다. 예를 들어, 슬립 모드(M1)는 MCU(330)가 슬립 상태이고, 릴레이(21, 23)는 오픈되어 있으며, 모니터링 IC(310)는 오프 상태인 모드일 수 있다.
배터리 시스템(1)이 슬립 모드(M1)로 동작하는 중에, 전자 제어부(2)로부터 모드 전환 요청을 수신하면, MCU(330)는 수신한 모드로 동작하도록 배터리 시스템(1)을 제어할 수 있다. 모드 전환 요청은 차량의 전자 제어부(2)에 의해 생성되거나, 또는 MCU(330)에 의해 자체적으로 생성될 수 있다. 모드 전환 요청은 웨이크업 요청, 닫힘 요청, 슬립 요청 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, MCU(330)가 웨이크업 요청(wake up request)을 전자 제어부(2)로부터 수신하면, MCU(330)는 배터리 시스템(1)을 대기 모드(M2)로 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 제어부(2)는, 차량에 사람이 앉음을 감지한 경우에 웨이크업 요청을 생성하여 MCU(330)에 전송할 수 있다. 또는 MCU(330)가 일정 주기로 배터리(1)를 모니터링하기 위해 자체적으로 웨이크업 요청을 생성할 수도 있다.
대기 모드(M2)는, 배터리 시스템(1)이 온 상태이고, 배터리 시스템(1)이 외부 장치와 전기적으로 연결되지 않은 상태일 수 있다. 예를 들어, 대기 모드(M2)는 MCU(330)가 웨이크업 상태이고, 릴레이(21, 23)는 오픈되어 있으며, 모니터링 IC(310)는 온 상태인 모드일 수 있다.
배터리 시스템(1)이 대기 모드(M2)로 동작하는 중에, MCU(330)가 전자 제어부(2)로부터 모드 전환 요청을 수신하면, 수신한 모드로 배터리 시스템(1)이 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, MCU(330)가 슬립 모드(M1)로의 슬립 요청(sleep request)을 수신하면, MCU(330)는 배터리 시스템(1)이 슬립 모드(M1)로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, MCU(330)가 온 모드(M3)로의 릴레이 닫힘 요청(close request)을 수신하면, MCU(330)는 릴레이(21, 23)를 닫아 배터리 시스템(1)이 온 모드(M3)로 동작하도록 제어할 수 있다.
온 모드(M3)는, 배터리 시스템(1)이 온 상태이며, 릴레이(21, 23)가 클로즈되어 배터리 시스템(1)이 외부 장치와 전기적으로 연결된 상태일 수 있다. 예를 들어, 온 모드(M3)는 차량이 운행하고 있거나 배터리(10)가 충전되고 있는 상태일 수 있다.
한편, 차량이 대기 모드(M2)로 오랜 시간 동작하고 있는 경우가 있을 수 있다. 대기 모드(M2)에서, 모니터링 IC(310)는 배터리(10)에 연결되어 구동 전력을 공급받고 있는 상태이다. 종래에는 모니터링 IC의 소비 전력으로 인하여 배터리가 과방전 될 수 있어 왔다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MCU(330)는 이를 방지하기 위해서 대기 모드(M2)에서 배터리 시스템(1) 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하면 배터리 시스템(1)이 홀트 모드(halt mode)(M4)로 동작하도록 제어할 수 있다.
홀트 모드(M4)는 배터리(10)의 과방전을 방지하기 위한 모드로, 시간의 경과에 따라 모니터링 IC(310)의 온 및 오프를 제어하는 모드이다.
MCU(330)는, (i) 배터리 시스템(1)이 대기 모드(M2)로 동작하기 시작한 때부터 미리 설정된 대기 시간이 경과하고, (ii) 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 차량의 기어 모드가 파킹 모드이고, (iii) 현재 충전 용량이 기준 충전 용량 미만이면, 배터리 시스템(1) 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족한 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 대기 시간은 1 시간 일 수 있다.
구체적으로, MCU(330)는 추정한 배터리(10) 충전 용량(SOC)이 기준 충전 용량 미만인지 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 기준 충전 용량은 배터리(10)의 최소 충전 용량일 수 있다. 다만, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, MCU(330)는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln) 중 특정 셀의 SOC가 셀의 최소 충전 용량 미만인지 여부를 판단할 수도 있다.
또한, MCU(330)는, 전지 제어부(2)로부터 차량의 운행 정보를 수신할 수 있다. 수신한 차량의 운행 정보에 기초하여, MCU(330)는 현재 차량의 속도가 기준 속도 미만인지 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 기준 속도는 5km/h일 수 있다. 또는, MCU(330)는 현재 차량의 기어 모드가 파킹 모드인지 여부를 판단할 수 있다.
MCU(330)는, 배터리 시스템(1) 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 배터리 시스템(1)이 홀트 모드(M4)로 동작하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, MCU(330)는 배터리 시스템(1)이 제1 홀트 시간 동안 모니터링 오프 모드(M41) 및 제2 홀트 시간 동안 모니터링 온 모드(M42)를 수행하도록 반복하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 홀트 시간은 3시간, 제2 홀트 시간은 3분 일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 홀트 시간 및 제2 홀트 시간은 다양하게 결정될 수 있다.
모니터링 오프 모드(M41)는, 모니터링 IC(310)가 오프 상태이고, MCU(330)은 웨이크업 상태이며, 릴레이(21, 23)는 오픈되어 있는 상태일 수 있다.
모니터링 온 모드(M42)는, 모니터링 IC(310)가 온 상태이고, MCU(330)은 웨이크업 상태이며, 릴레이(21, 23)는 오픈되어 있는 상태일 수 있다.
즉, 모니터링 오프 모드(M41)와 모니터링 온 모드(M42)에서, MCU(330)는 모두 웨이크업 상태이고, 릴레이(21, 23)는 오픈된 상태이며, 모니터링 IC(310)의 동작 여부만 차이가 있다.
모니터링 온 모드(M42) 동안 모니터링 IC(310)는 복수의 배터리 셀(Cell1 - Celln)에 대한 정보를 모니터링할 수 있고, 모니터링한 정보를 MCU(330)에 전달할 수 있다. 모니터링 오프 모드(M41) 동안 모니터링 IC(310)는 배터리 셀에 대한 모니터링을 하지 않으며, 모니터링 온 모드(M42) 동안에 측정한 값들이 유지될 수 있다.
배터리 시스템(1)이 홀트 모드(M4)로 동작 중에 MCU(330)가 모드 전환 요청을 수신하면, MCU(330)는 홀트 모드를 종료하고, 요청받은 모드로 동작하도록 배터리 시스템(1)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 배터리 시스템(1)이 홀트 모드(M4)로 동작 중에 MCU(330)가 슬립 요청인 제1 신호(S1)를 수신하면, 메인 제어 회로(310)는 홀트 모드를 종료할 수 있다. 이후, MCU(330)는 배터리 시스템(1)의 동작을 슬립 모드(M1)로 전환할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 배터리 시스템(1)이 홀트 모드(M4)로 동작 중에 MCU(330)가 닫힘 요청(close request)인 제2 신호(S2)를 수신하면, MCU(330)는 홀트 모드를 종료할 수 있다. 이후, 배터리 시스템(1)의 동작을 온 모드(M2)로 전환할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참고하면, MCU(330)는 배터리 시스템(1)이 대기 모드(M2)로 진입하도록 제어한다(S1).
다음으로, MCU(330)는, 배터리 시스템(1) 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S2).
홀트 모드 진입 조건은, 배터리 시스템(1)이 홀트 모드(M4)로 진입하기 위해 요구되는 조건으로, 배터리 시스템(1)의 모드와 충전 용량, 및 차량의 운행 상태에 대한 조건을 포함할 수 있다. 예를 들어, 홀트 모드 진입 조건은, (i) 배터리 시스템(1)이 대기 모드(M2)로 동작하기 시작한 때부터 미리 설정된 대기 시간이 경과하고, (ii) 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 차량의 기어 모드가 파킹 모드이고, (iii) 현재 충전 용량이 기준 충전 용량 미만인 조건을 포함한다.
판단 결과, 홀트 모드 진입 조건을 만족하지 않으면(S2, NO), MCU(330)는 배터리 시스템(1)이 계속하여 대기 모드(M2)로 동작하도록 제어한다.
판단 결과, 배터리 시스템(1) 및 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하면(S2, Yes), MCU(330)는, 배터리 시스템(1)을 홀트 모드(M4)로 동작하도록 제어한다(S3).
S3 단계에서, MCU(330)는 모니터링 IC(310)의 온 및 오프를 반복하여 배터리 시스템(1)이 홀트 모드(M4)로 동작하도록 제어할 수 있다.
다음으로, 배터리 시스템(1)이 홀트 모드(M4)로 동작하는 중에, MCU(330)가, 모드 전환 요청을 수신하는지 여부를 판단한다(S4).
판단 결과, 모드 전환 요청을 수신하지 않으면(S4, NO), MCU(330)는, 배터리 시스템(1)이 계속하여 홀트 모드(M4)로 동작하도록 제어한다.
판단 결과, 모드 전환 요청을 수신하면(S4, YES), MCU(330)는, 배터리 시스템(1)이 수신한 모드로 동작하도록 제어한다(S5).
수신한 모드는, 슬립 모드(M1) 또는 온 모드(M3)일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 종래 배터리 시스템의 슬립 모드(Sleep Mode), 대기 모드(Battery ready Mode), 온 모드(On Mode) 외에 홀트 모드(Halt Mode)를 추가하여, 차량의 예외적인 사용에 대해 베터리 과방전을 방지할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 차량이 배터리 대기 모드에서 오랜 시간 동작하는 경우에 모니터링 IC의 배터리 전력 사용량을 감소시켜 배터리의 과방전을 방지할 수 있다.
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: 전자 제어부
10: 배터리
21, 23: 릴레이
30: 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)
100: 차량
310: 모니터링 IC(Battery Monitoring Integrated Circuit, BMIC)
330: 메인 제어 회로(Main Control Unit, MCU)
350: 통신부

Claims (12)

  1. 차량의 배터리 시스템으로서,
    복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리,
    상기 배터리의 일단과 외부 장치 사이를 전기적으로 연결하는 릴레이, 그리고
    배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 복수의 배터리 셀에 연결되어 상기 복수의 배터리 셀의 전압 및 상기 배터리의 온도에 관한 정보를 획득하는 모니터링 IC, 및
    상기 차량의 전자 제어부로부터 상기 차량의 운행 정보를 수신하고, 상기 획득된 정보 및 상기 배터리에 흐르는 전류를 이용하여 상기 배터리의 충전 용량(SoC)를 추정하며, 상기 차량의 운행 정보 및 상기 충전 용량에 기초하여 상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 판단하는 메인 제어 회로를 포함하고,
    상기 메인 제어 회로는, 상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 상기 배터리 시스템의 동작 모드를 시간의 경과에 따라 상기 모니터링 IC의 온 및 오프를 반복하는 홀트 모드로 변경하도록 제어하는, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀트 모드 진입 조건은,
    상기 배터리 시스템의 대기 모드가 소정의 대기 시간 동안 유지되었는지 여부를 더 포함하고,
    상기 배터리 시스템의 대기 모드에서, 상기 메인 제어 회로가 웨이크업 상태이고, 상기 릴레이가 오픈되어 있으며, 상기 모니터링 IC는 온 상태인, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차량의 운행 정보는 상기 차량의 속도 및 상기 차량의 기어 모드에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 메인 제어 회로는, 상기 배터리 시스템이 대기 모드로 동작하기 시작한 시점부터 상기 대기 시간이 경과하고, 상기 배터리의 충전 용량이 기준 충전 용량 미만이며, 상기 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 상기 차량의 기어 모드가 파킹 모드이면, 상기 홀트 모드 진입 조건을 만족한다고 판단하는, 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 홀트 모드는 미리 설정된 제1 홀트 시간 동안 상기 모니터링 IC를 오프하는 모니터링 오프 모드 및 상기 제1 홀트 시간보다 짧은 제2 홀트 시간 동안 상기 모니터링 IC를 온 하는 모니터링 온 모드를 포함하고,
    상기 모니터링 오프 모드 및 상기 모니터링 온 모드에서, 상기 메인 제어 회로는 웨이크업 상태이고, 상기 릴레이는 오픈되어 있는, 배터리 시스템.
  5. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리에 연결된 모니터링 IC가, 상기 복수의 배터리 셀의 전압 및 상기 배터리의 온도에 관한 정보를 획득하는 단계;
    메인 제어 회로가, 상기 획득된 정보 및 상기 배터리에 흐르는 배터리 전류를 이용하여 상기 배터리의 충전 용량을 추정하는 단계;
    상기 메인 제어 회로가, 차량의 전자 제어부로부터 상기 차량의 운행 정보에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 메인 제어 회로가, 상기 차량의 운행 정보 및 상기 충전 용량에 기초하여 상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 그리고
    상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 상기 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 상기 메인 제어 회로가, 상기 배터리 시스템의 동작 모드를 시간의 경과에 따라 상기 모니터링 IC의 온 및 오프를 반복하는 홀트 모드로 변경하도록 제어하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홀트 모드 진입 조건은,
    상기 배터리 시스템의 대기 모드가 소정의 대기 시간 동안 유지되었는지 여부를 더 포함하고,
    상기 배터리 시스템의 대기 모드에서, 상기 메인 제어 회로가 웨이크업 상태이고, 상기 배터리의 일단과 외부 장치 사이를 전기적으로 연결하는 릴레이가 오픈되어 있으며, 상기 모니터링 IC는 온 상태인, 배터리 관리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차량의 운행 정보는 상기 차량의 및 상기 차량의 기어 모드에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 메인 제어 회로가 상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 배터리 시스템이 대기 모드로 동작하기 시작한 시점부터 상기 대기 시간이 경과하고, 상기 배터리의 충전 용량이 기준 충전 용량 미만이며, 상기 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 상기 차량의 기어 모드가 파킹 모드이면 상기 메인 제어 회로가, 상기 홀트 모드 진입 조건을 만족한다고 판단하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 홀트 모드는 미리 설정된 제1 홀트 시간 동안 상기 모니터링 IC를 오프하는 모니터링 오프 모드 및 상기 제1 홀트 시간보다 짧은 제2 홀트 시간 동안 상기 모니터링 IC를 온 하는 모니터링 온 모드를 포함하고,
    상기 모니터링 오프 모드 및 상기 모니터링 온 모드에서, 상기 메인 제어 회로는 웨이크업 상태이고, 상기 릴레이는 오픈되어 있는, 배터리 관리 방법.
  9. 차량의 속도 및 상기 차량의 기어 모드에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 차량의 운행 정보를 생성하는 전자 제어부, 및
    복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 및 상기 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 시스템을 포함하고,
    상기 배터리 관리 시스템은,
    상기 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리에 연결되어 상기 복수의 배터리 셀의 전압 및 상기 배터리의 온도에 관한 정보를 획득하는 모니터링 IC, 및
    상기 전자 제어부로부터 상기 차량의 운행 정보를 수신하고, 상기 획득된 정보 및 상기 배터리에 흐르는 전류를 이용하여 상기 배터리의 충전 용량(SoC)를 추정하며, 상기 차량의 운행 정보 및 상기 충전 용량에 기초하여 상기 배터리 시스템 및 상기 차량이 홀트 모드 진입 조건을 만족하는지 판단하고, 홀트 모드 진입 조건을 만족하면, 상기 배터리 시스템의 동작 모드를 시간의 경과에 따라 상기 모니터링 IC의 온 및 오프를 반복하는 홀트 모드로 변경하도록 제어하는, 메인 제어 회로를 포함하는, 차량.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 홀트 모드 진입 조건은,
    상기 배터리 시스템의 대기 모드가 소정의 대기 시간 동안 유지되었는지 여부를 더 포함하고,
    상기 배터리 시스템의 대기 모드에서, 상기 메인 제어 회로가 웨이크업 상태이고, 상기 배터리의 일단과 외부 장치 사이를 전기적으로 연결하는 릴레이가 오픈되어 있으며, 상기 모니터링 IC는 온 상태인, 차량.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는, 상기 배터리 시스템이 대기 모드로 동작하기 시작한 때부터 상기 대기 시간이 경과하고, 상기 배터리의 충전 용량이 기준 충전 용량 미만이며, 상기 차량의 속도가 기준 속도 미만이거나 상기 차량의 기어 모드가 파킹 모드이면, 상기 홀트 모드 진입 조건을 만족한다고 판단하는, 차량.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 홀트 모드는 미리 설정된 제1 홀트 시간 동안 상기 모니터링 IC를 오프하는 모니터링 오프 모드 및 상기 제1 홀트 시간보다 짧은 제2 홀트 시간 동안 상기 모니터링 IC를 온 하는 모니터링 온 모드를 포함하고,
    상기 모니터링 오프 모드 및 상기 모니터링 온 모드에서, 상기 메인 제어 회로는 웨이크업 상태이고, 상기 릴레이는 오픈되어 있는, 차량.
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