KR20230080527A - 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 복수개의 배터리셀 중 특정 배터리셀의 전압이 떨어진 경우, 해당 특정 배터리셀만을 충전함으로써, 복수개의 배터리셀 간 언밸런싱이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법{SELECTIVELY CHARGING METHOD FOR BATTERY CELL INCLUDED IN A BATTERY MODULE}

본 발명은 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법에 관한 것이다.

최근 전기자동차에 대한 기술개발이 활발히 이뤄지고 있다.

전기자동차의 부품 중 가장 핵심이 되는 부품은 배터리라 할 수 있는데, 배터리를 관리하는 시스템을 일반적으로 배터리관리시스템(Battery Management System, BMS)이라 일컫는다.

배터리관리시스템은 배터리팩(Battery Pack)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여 최적의 상태로 유지 및 관리하고, 배터리의 교체 시기 예측 및 배터리 문제를 사전에 발견하는 중요한 역할을 담당한다.

배터리팩, 배터리모듈, 배터리셀에 대한 일반적인 정의는 다음과 같다.

- 배터리셀 : 전기에너지를 충전 또는 방전해 사용할 수 있는 리튬이온 배터리의 기본 단위, 양극, 음극, 분리막, 전해액을 사각형의 알루미늄 케이스에 넣어 만듬

- 배터리모듈 : 배터리셀을 외부충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조합체

- 배터리팩 : 전기자동차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태, 배터리 모듈에 BMS, 냉각시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성함

한편, 배터리관리시스템의 핵심 역할은 에너지의 효율을 높이고 배터리의 수명을 연장시키는 것이다.

일반적으로 배터리팩 내부에는 다수의 배터리셀이 장착되어 있는데, 이러한 배터리셀 사이에 밸런싱이 맞지 않게 되면 배터리팩이 갖고 있는 최대 에너지를 활용하기 어렵다.

따라서, 복수개의 배터리셀 중 특정 배터리셀의 전압이 낮아지는 등 언밸런싱이 발생한 경우, 해당 특정 배터리셀만을 선택적으로 충전할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

한편, 종래 배터리셀의 선택적 충방전 기술과 관련하여, 한국등록특허 제10-1377321호에 '배터리셀을 선택하여 충방전 가능한 배터리팩과 휴대용전자기기, 배터리의 방전 제어방법 그리고 배터리의 충전제어방법'이 기재되어 있다.

이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 복수개의 배터리셀 중 특정 배터리셀의 전압이 떨어진 경우, 해당 특정 배터리셀만을 충전함으로써, 복수개의 배터리셀 간 언밸런싱이 발생하는 것을 방지할 수 있는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법에 있어서, (a) 배터리관리시스템의 배터리상태판단부가, 복수개의 배터리셀 각각의 전압을 측정하여, 기설정된 기준전압 이하인 충전대상배터리셀을 선정하는 단계; (b) 상기 배터리관리시스템의 충전모듈제어부가, 상기 복수개의 배터리셀 각각에 전기적으로 연결된 충전모듈들 중, 상기 충전대상배터리셀에 전기적으로 연결된 충전모듈을 작동하여 상기 충전대상배터리셀을 충전하는 단계; 및 (c) 상기 배터리관리시스템의 상기 배터리상태판단부가, 충전되는 상기 충전대상배터리셀의 정상충전여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 제공한다.

또한, (d) 상기 충전대상배터리셀의 충전이 완료된 경우, 상기 배터리관리시스템의 상기 충전모듈제어부가, 상기 충전대상배터리셀에 전기적으로 연결된 상기 충전모듈의 작동을 중지시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 제공한다.

또한, (e) 상기 배터리관리시스템의 통신부가, 상기 충전대상배터리셀에 대한 충전완료알림신호를 관리자단말기로 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 제공한다.

또한, 상기 (e) 상기 배터리관리시스템의 상기 배터리상태판단부가, 충전이 완료된 상기 충전대상배터리셀의 정상상태 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 복수개의 배터리셀 중 특정 배터리셀의 전압이 떨어진 경우, 해당 특정 배터리셀만을 충전함으로써, 복수개의 배터리셀 간 언밸런싱이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 나타낸 블럭도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 일부 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 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 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. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 나타낸 블럭도이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법을 나타낸 순서도이다.

이들 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법은, (a) 배터리관리시스템(101)의 배터리상태판단부(103)가, 복수개의 배터리셀(105-1~105-n, n은 2 이상의 자연수) 각각의 전압(V)을 측정하여, 기설정된 기준전압 이하인 충전대상배터리셀(105')을 선정하는 단계; (b) 배터리관리시스템(101)의 충전모듈제어부(107)가, 복수개의 배터리셀(105-1~105-n) 각각에 전기적으로 연결된 충전모듈들(109-1~109-n, n은 2 이상의 자연수) 중, 충전대상배터리셀(105')에 전기적으로 연결된 충전모듈(109')을 작동하여 충전대상배터리셀(105')을 충전하는 단계; 및 (c) 배터리관리시스템(101)의 배터리상태판단부(103)가, 충전되는 충전대상배터리셀(105')의 정상충전여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 각 단계별로 설명한다.

먼저, (a) 단계는, 배터리관리시스템(101)의 배터리상태판단부(103)가, 복수개의 배터리셀(105-1~105-n) 각각의 전압(V)을 측정하여, 기설정된 기준전압 이하인 특정 충전대상배터리셀(105')을 선정하는 단계이다.

배터리관리시스템(101)은 BMS(Battery Management System)로 지칭되는데, 배터리관리시스템(101)은 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 실시간으로 관리하여 관리 현황을 관리자에게 즉각적으로 전송함으로써, 배터리에서 발생할 수 있는 문제를 방지하고, 배터리의 안전성과 수명을 높여주는 시스템을 말한다.

배터리상태판단부(103)는, 복수개의 배터리셀(105-1~105-n) 각각의 전압(V)을 실시간으로 측정한다.

물론, 배터리상태판단부(103)는, 배터리셀(105-1~105-n) 각각의 전압(V)을 기설정된 시간간격 단위로 측정할 수도 있다.

이러한 배터리상태판단부(103)는, 각각 전압(V)이 측정된 배터리셀(105-1~105-n) 중 기설정된 기준전압 이하인 충전대상배터리셀(105')을 선정한다.

이어서, (b) 단계는, 배터리관리시스템(101)의 충전모듈제어부(107)가, 복수개의 배터리셀(105-1~105-n) 각각에 전기적으로 연결된 충전모듈들(109-1~109-n, n은 2 이상의 자연수) 중, 충전대상배터리셀(105')에 전기적으로 연결된 충전모듈(109')을 작동하여 충전대상배터리셀(105')을 충전하는 단계이다.

좀 더 구체적으로, 배터리관리시스템(101)의 충전모듈제어부(107)는, 충전대상배터리셀(105')에 전기적으로 연결된 충전모듈(109')로 작동개시신호(S1)를 전송하여, 충전모듈(109')의 충전대상배터리셀(105') 충전 기능을 활성화시킨다.

여기서, 충전모듈(109')은, 일예로, 외부전원으로부터 전류를 인가받아 스위치 작동에 의해 충전대상배터리셀(105')을 충전 또는 충전중지하는 구조로 이뤄질 수 있으며, 충전모듈제어부(107)는, 충전모듈(109')의 스위치를 ON하는 작동개시신호(S1)를 충전모듈(109')로 인가하여 충전모듈(109')의 충전 기능을 활성화시킬 수 있다.

이어서, (c) 단계는, 배터리관리시스템(101)의 배터리상태판단부(103)가, 충전되는 충전대상배터리셀(105')의 정상충전여부를 판단하는 단계이다.

여기서, 배터리상태판단부(103)는, 상술한 충전대상배터리셀(105')의 정상충전여부 판단시, 동일한 제조사가 동일한 시기(시점)에 생산한 배터리셀들을 대상으로, 충전 개시 시점의 전압값에서 기측정된 충전대상배터리셀(105')의 온도, 충전속도 관련 레퍼런스데이터(RD)를 기준으로 비교판단하여, 충전대상배터리셀(105')의 정상충전여부를 판단할 수 있다.

이 때, 상술한 레퍼런스데이터(RD)는, 상술한 제조사의 서버(111)가 배터리관리시스템(101)으로 전송한 데이터일 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법은, (d) 충전대상배터리셀(105')의 충전이 완료된 경우, 배터리관리시스템(101)의 충전모듈제어부(107)가, 충전대상배터리셀(105')에 전기적으로 연결된 충전모듈(109')의 작동을 중지시키는 단계;를 더 포함한다.

좀 더 구체적으로, 배터리관리시스템(101)의 충전모듈제어부(107)는, 충전대상배터리셀(105')의 충전이 완료된 경우(기설정된 완충전압값 이상이 된 경우), 충전대상배터리셀(105')과 전기적으로 연결된 충전모듈(109')로 작동중지신호(S2)를 전송하여, 충전모듈(109')의 충전대상배터리셀(105') 충전 기능을 중지시킨다.

여기서, 충전모듈제어부(107)는, 상술한 충전모듈(109')의 스위치를 OFF하는 작동중지신호(S2)를 충전모듈(109')로 인가하여 충전모듈(109')의 충전 기능을 중지시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법은, (e) 배터리관리시스템(101)의 통신부(113)가, 충전대상배터리셀(105')에 대한 충전완료알림신호(CA)를 관리자단말기(115)로 전송하는 단계;를 더 포함한다.

여기서, 통신부(113)가 관리자단말기(115)와 통신하는 방식은 유선 또는 무선통신 방식 모두 가능하다.

아울러, 충전완료알림신호(CA)를 전송받는 관리자단말기(115)는, 일예로, 스마트폰, 태블릿 PC, 워크스테이션, 웨어러블 디바이스 등 다양하게 제공될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법은, 상술한 (d) 단계 이후, (e) 배터리관리시스템(101)의 배터리상태판단부(103)가, 충전이 완료된 충전대상배터리셀(105')의 정상상태 여부를 판단하는 단계;를 더 포함한다.

여기서, 배터리상태판단부(103)는, 충전이 완료된 충전대상배터리셀(105')의 정상상태 여부 판단시, 동일한 제조사가 동일한 시기(시점)에 생산한 배터리셀들을 대상으로, 충전 완료 시점의 전압값에서 기측정된 충전대상배터리셀(105')의 온도, 방전속도 관련 레퍼런스데이터(RD')를 기준으로 비교판단하여, 충전대상배터리셀(105')의 정상상태 여부를 판단할 수 있다.

여기서, 상술한 레퍼런스데이터(RD')는, 상술한 제조사의 서버(111)가 배터리관리시스템(101)으로 전송한 데이터일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 복수개의 배터리셀 중 특정 배터리셀의 전압이 떨어진 경우, 해당 특정 배터리셀만을 충전함으로써, 복수개의 배터리셀 간 언밸런싱이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

101 : 배터리관리시스템
103 : 배터리상태판단부
105 : 배터리셀
105' : 충전대상배터리셀
107 : 충전모듈제어부
109 : 충전모듈
109' : 충전대상배터리셀(105')에 전기적으로 연결된 충전모듈
111 : 제조사서버
113 : 통신부
115 : 관리자단말기
S1 : 작동개시신호
RD : 레퍼런스데이터
CA : 충전완료알림신호

Claims (4)

1. 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법에 있어서,
   (a) 배터리관리시스템의 배터리상태판단부가, 복수개의 배터리셀 각각의 전압을 측정하여, 기설정된 기준전압 이하인 충전대상배터리셀을 선정하는 단계;
   (b) 상기 배터리관리시스템의 충전모듈제어부가, 상기 복수개의 배터리셀 각각에 전기적으로 연결된 충전모듈들 중, 상기 충전대상배터리셀에 전기적으로 연결된 충전모듈을 작동하여 상기 충전대상배터리셀을 충전하는 단계; 및
   (c) 상기 배터리관리시스템의 상기 배터리상태판단부가, 충전되는 상기 충전대상배터리셀의 정상충전여부를 판단하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   (d) 상기 충전대상배터리셀의 충전이 완료된 경우, 상기 배터리관리시스템의 상기 충전모듈제어부가, 상기 충전대상배터리셀에 전기적으로 연결된 상기 충전모듈의 작동을 중지시키는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   (e) 상기 배터리관리시스템의 통신부가, 상기 충전대상배터리셀에 대한 충전완료알림신호를 관리자단말기로 전송하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 (e) 상기 배터리관리시스템의 상기 배터리상태판단부가, 충전이 완료된 상기 충전대상배터리셀의 정상상태 여부를 판단하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈에 포함된 배터리셀의 선택적 충전 방법.

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