KR20240104578A

KR20240104578A - 배터리 시스템 및 이를 이용한 배터리 팩 간 연결 제어 방법

Info

Publication number: KR20240104578A
Application number: KR1020220186958A
Authority: KR
Inventors: 최민규
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Filing date: 2022-12-28
Publication date: 2024-07-05

Abstract

배터리 시스템은, 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치, 상기 배터리 장치의 양단에 연결되는 제1 및 제2 단자, 상기 복수의 배터리 팩으로부터 수신한 복수의 전압 측정 신호에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대한 복수의 팩 전압을 도출하고, 상기 제1 및 제2 단자 중 구동 장치가 연결되는 단자에 따라 상기 배터리 장치의 양단 전압을 제1 전압 또는 제2 전압으로 결정하며, 상기 배터리 장치의 양단 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩을 병렬 또는 직렬로 연결할 지를 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩을 직렬로 연결하는 경우 상기 복수의 팩 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 배터리 팩을 결정하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 포함한다.

Description

배터리 시스템 및 이를 이용한 배터리 팩 간 연결 제어 방법{BATTERY SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING CONNECTION BETWEEN BATTERY PACKS USING THE SAME}

본 개시는 배터리 시스템 및 이를 이용한 배터리 팩 간 연결 제어 방법에 관한 것이다.

배터리 시스템에 연결되는 외부 시스템 내에는, 그 동작에 400V의 전압 레벨을 필요로 하는 장치와 동작에 800V의 전압 레벨을 필요로 하는 장치가 포함될 수 있다. 배터리 시스템이 외부 시스템을 충방전하기 위해서는 외부 시스템 내의 장치의 동작 전압에 맞는 팩 연결이 필요하다.

400V를 팩 전압으로 하는 배터리 팩과 800V를 팩 전압으로 하는 배터리 팩을 각각 연결하지 않고도, 800V 전압 레벨을 동작 전압으로 하는 장치로부터 충방전 될 수 있는 배터리 시스템이 필요하다.

400V에 대응하는 팩 전압을 가지는 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에서, 복수의 배터리 팩 간의 직병렬 연결 관계를 선택하여 동작 전압이 다른 장치에 연결될 수 있는 배터리 시스템 및 이를 이용한 배터리 팩 간 연결 제어 방법을 제공하고자 한다

발명의 한 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치, 상기 배터리 장치의 양단에 연결되는 제1 및 제2 단자, 상기 복수의 배터리 팩으로부터 수신한 복수의 전압 측정 신호에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대한 복수의 팩 전압을 도출하고, 상기 제1 및 제2 단자 중 구동 장치가 연결되는 단자에 따라 상기 배터리 장치의 양단 전압을 제1 전압 또는 제2 전압으로 결정하며, 상기 배터리 장치의 양단 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩을 병렬 또는 직렬로 연결할 지를 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩을 직렬로 연결하는 경우 상기 복수의 팩 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 배터리 팩을 결정하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 포함한다.

상기 BMS는, ECU(Electronic Control Unit)와 CAN 통신하여 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 하나로 나타내는 정보를 수신할 수 있다.

상기 제1 단자에 상기 제1 전압의 전압 레벨로 구동되는 제1 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는, 상기 BMS는, 상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제1 전압으로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 배터리 팩의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결할 수 있다.

상기 제2 단자에 상기 제2 전압의 전압 레벨로 구동되는 제2 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제2 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는, 상기 BMS는, 상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제2 전압으로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 2 이상의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정하며, 상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결할 수 있다.

상기 BMS는, 상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 개수가 2 이상인 경우, 2 이상의 직렬 그룹 중 제1 직렬 그룹에 속하는 복수의 제1 배터리 팩에 대한 복수의 제1 팩 전압의 합과 상기 2 이상의 직렬 그룹 중 제2 직렬 그룹에 속하는 복수의 제2 배터리 팩에 대한 복수의 제2 팩 전압의 합 간의 차이가 소정의 임계 값 이하가 되도록 상기 2 이상의 직렬 그룹을 결정할 수 있다.

상기 BMS는, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩들 사이를 직렬로 연결하고, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 양극 단자를 상기 배터리 장치의 양극 단자에 연결하며, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 음극 단자를 상기 배터리 장치의 음극 단자에 연결하는 스위치 제어 신호를 생성할 수 있다.

발명의 다른 특징에 따른 배터리 팩 간 연결 제어 방법은, 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)이, 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치를 상기 배터리 장치의 양단에 연결되는 제1 및 제2 단자 중 하나를 통해 외부 시스템에 연결하는 단계, 상기 BMS가, 상기 제1 및 제2 단자 중 구동 장치가 연결되는 단자에 따라 상기 배터리 장치의 양단 전압을 제1 전압 또는 제2 전압으로 결정하는 단계, 상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 팩으로부터 수신한 복수의 전압 측정 신호에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대한 복수의 팩 전압을 도출하는 단계, 상기 배터리 장치의 양단 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩을 병렬 또는 직렬로 연결할 지를 결정하는 단계, 및 상기 복수의 배터리 팩을 직렬로 연결하는 경우 상기 복수의 팩 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 배터리 팩을 결정하는 단계를 포함한다.

상기 BMS가, ECU(Electronic Control Unit)와 CAN 통신하여 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 하나로 나타내는 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 단자에 상기 제1 전압의 전압 레벨로 구동되는 제1 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는, 상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제1 전압으로 결정하는 단계, 및 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 배터리 팩의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 단자에 상기 제2 전압의 전압 레벨로 구동되는 제2 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제2 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는, 상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제2 전압으로 결정하는 단계, 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 2 이상의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 개수가 2 이상인 경우에는, 상기 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정하는 단계는, 2 이상의 직렬 그룹 중 제1 직렬 그룹에 속하는 복수의 제1 배터리 팩에 대한 복수의 제1 팩 전압의 합과 상기 2 이상의 직렬 그룹 중 제2 직렬 그룹에 속하는 복수의 제2 배터리 팩에 대한 복수의 제2 팩 전압의 합 간의 차이가 소정의 임계 값 이하가 되도록 상기 2 이상의 직렬 그룹을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 BMS는, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩들 사이를 직렬로 연결하고, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 양극 단자를 상기 배터리 장치의 양극 단자에 연결하며, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 음극 단자를 상기 배터리 장치의 음극 단자에 연결하는 스위치 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 동작에 400V의 전압 레벨을 필요로 하는 장치가 연결되는 경우 복수의 배터리 팩을 병렬로 연결하고, 동작에 800V의 전압 레벨을 필요로 하는 장치가 연결되는 경우, 복수의 배터리 팩 간 직렬 연결하여 배터리 시스템의 효율적 운용이 가능하다.

본 발명에 따르면, 배터리 시스템이 상용 차량에 적용되는 경우, 화물 적재량과 운행 거리에 따라 고출력 또는 고용량을 선택하여 사용자가 원하는 방향에 따라 배터리를 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면 400V 충전 및 800V 충전을 구분하지 않아 배터리 시스템의 사용자가 원하는 곳에서 배터리를 충전할 수 있다.

본 발명에 따르면 400V 배터리 팩을 800V 용량을 출력하는 충전 스테이션에서 충전하여 충전 속도를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 800V 배터리 팩을 따로 만들지 않고도 기존의 400V 배터리 팩을 800V에 전환하여 활용할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 도식적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 배터리 시스템의 일 예시이다.
도 3은 도 1의 복수의 직렬 그룹을 포함하는 배터리 시스템의 일 예이다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 팩 간 연결 제어 방법의 순서도이다.

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.

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.

일 실시예에 따른 구성들 중 특정 제어 조건에서 다른 구성을 제어하는 구성에는, 다른 구성을 제어하기 위해 필요한 제어 알고리즘을 구체화한 명령어의 집합으로 구현된 프로그램이 설치될 수 있다. 제어 구성은 설치된 프로그램에 따라 입력 데이터 및 저장된 데이터를 처리하여 출력 데이터를 생성할 수 있다. 제어 구성은 프로그램을 저장하는 비휘발성 메모리 및 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 도식적으로 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 배터리 시스템(1)은, 배터리 장치(100), 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)(200), 및 복수의 릴레이(311, 312, 321, 322)를 포함할 수 있다.

배터리 장치(100)는 복수의 배터리 팩(101-104) 및 복수의 스위칭 소자(S1_P, S1_N, S2_P, S2_N, S3_P, S3_N, S4_P, S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)를 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 복수의 스위칭 소자(S1_P, S1_N, S2_P, S2_N, S3_P, S3_N, S4_P, S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4) 중 스위칭 소자(S1_P-S4_P)는 양극 스위칭 소자로, 스위칭 소자(S1_N-S4_N)는 음극 스위칭 소자로, 스위칭 소자(S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)는 직렬 스위칭 소자라 한다.

복수의 배터리 팩(101-104) 각각은 직렬 연결된 2 이상의 배터리 셀, 병렬 연결된 2 이상의 배터리 셀이 복수 개 직렬 연결된 복수의 배터리 셀, 또는 병렬 연결된 2 이상의 배터리 셀로 구현될 수 있다.

도 1에서는 복수의 배터리 팩(101-104)의 개수가 4개인 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되지 않으며, 배터리 장치(100)는 2 이상의 배터리 팩을 포함할 수 있다.

BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 양극 및 음극으로부터 복수의 전압 측정 신호(VS1-VS8)를 수신할 수 있다. BMS(200)는 배터리 팩(101)의 양극으로부터 전압 측정 신호(VS1)를 획득하고, BMS(200)는 배터리 팩(101)의 음극으로부터 전압 측정 신호(VS2)를 획득할 수 있다. BMS(200)는 배터리 팩(102)의 양극으로부터 전압 측정 신호(VS3)를 획득하고, BMS(200)는 배터리 팩(102)의 음극으로부터 전압 측정 신호(VS4)를 획득할 수 있다. BMS(200)는 배터리 팩(103)의 양극으로부터 전압 측정 신호(VS5)를 획득하고, BMS(200)는 배터리 팩(103)의 음극으로부터 전압 측정 신호(VS6)를 획득할 수 있다. BMS(200)는 배터리 팩(104)의 양극으로부터 전압 측정 신호(VS7)를 획득하고, BMS(200)는 배터리 팩(104)의 음극으로부터 전압 측정 신호(VS8)를 획득할 수 있다.

BMS(200)는, 복수의 양극 스위칭 소자(S1_P-S4_P) 및 복수의 음극 스위칭 소자(S1_N-S4_N)의 오프 상태에서 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압을 측정할 수 있다. BMS(200)는 오프 레벨의 스위칭 제어 신호(SCS1_P- SCS4_P, SCS1_N-SCS4_N)를 복수의 양극 스위칭 소자(S1_P-S4_P) 및 복수의 음극 스위칭 소자(S1_N-S4_N)에 전송하고, 복수의 전압 측정 신호(VS1-VS8)를 수신할 수 있다.

BMS(200)는 복수의 전압 측정 신호(VS1-VS8)로부터 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압을 도출할 수 있다. BMS(200)는 전압 측정 신호(VS1) 및 전압 측정 신호(VS2)로부터 배터리 팩(101)의 팩 전압을 도출할 수 있다. BMS(200)는 전압 측정 신호(VS3) 및 전압 측정 신호(VS4)로부터 배터리 팩(102)의 팩 전압을 도출할 수 있다. BMS(200)는 전압 측정 신호(VS5) 및 전압 측정 신호(VS6)로부터 배터리 팩(103)의 팩 전압을 도출할 수 있다. BMS(200)는 전압 측정 신호(VS7) 및 전압 측정 신호(VS8)로부터 배터리 팩(104)의 팩 전압을 도출할 수 있다.

BMS(200)는 배터리 장치(100)로부터 복수의 배터리 팩(101-104)에 대한 전류, 전압 온도 등을 나타내는 배터리 정보를 수신할 수 있다. BMS(200)는 배터리 정보에 기초하여 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 용량을 추정할 수 있다.

스위칭 소자(S1_P)의 일단은 배터리 팩(101)의 양극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S1_P)의 타단은 릴레이(311, 321)의 일단에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S1_N)의 일단은 배터리 팩(101)의 음극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S1_N)의 타단은 릴레이(312, 322)의 일단에 연결되어 있다.

스위칭 소자(S2_P)의 일단은 배터리 팩(102)의 양극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S2_P)의 타단은 릴레이(311, 321)의 일단에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S2_N)의 일단은 배터리 팩(102)의 음극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S2_N)의 타단은 릴레이(312, 322)의 일단에 연결되어 있다.

스위칭 소자(S3_P)의 일단은 배터리 팩(103)의 양극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S3_P)의 타단은 릴레이(311, 321)의 일단에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S3_N)의 일단은 배터리 팩(103)의 음극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S3_N)의 타단은 릴레이(312, 322)의 일단에 연결되어 있다.

스위칭 소자(S4_P)의 일단은 배터리 팩(104)의 양극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S4_P)의 타단은 릴레이(311, 321)의 일단에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S4_N)의 일단은 배터리 팩(104)의 음극 단자에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S4_N)의 타단은 릴레이(312, 322)의 일단에 연결되어 있다.

복수의 양극 스위칭 소자(S1_P-S4_P) 및 복수의 음극 스위칭 소자(S1_N-S4_N)가 온 상태이면, 복수의 배터리 팩(101-104)은 병렬로 연결될 수 있다.

복수의 직렬 스위칭 소자(S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)는, 복수의 배터리 팩(101-104) 중 직렬 연결이 가능한 모든 조합의 두 배터리 팩 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 배터리 장치(100)가 3개의 배터리 팩을 포함하는 경우, 복수의 직렬 스위칭 소자는 제1 배터리 팩의 양극과 제2 배터리 팩의 음극 사이, 제2 배터리 팩의 양극과 제3 배터리 팩의 음극 사이, 및 제1 배터리 팩의 양극과 제3 배터리 팩의 음극 사이에 위치할 수 있다.

스위칭 소자(S1_2)의 일단은 배터리 팩(101)의 음극에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S1_2)의 타단은 배터리 팩(102)의 양극에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S1_2)가 온 상태이면, 배터리 팩(101)과 배터리 팩(102)은 직렬로 연결될 수 있다.

스위칭 소자(S1_3)의 일단은 배터리 팩(101)의 음극에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S1_3)의 타단은 배터리 팩(103)의 양극에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S1_3)가 온 상태이면, 배터리 팩(101)과 배터리 팩(103)은 직렬로 연결될 수 있다.

스위칭 소자(S1_4)의 일단은 배터리 팩(101)의 음극에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S1_4)의 타단은 배터리 팩(104)의 양극에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S1_4)가 온 상태이면, 배터리 팩(101)과 배터리 팩(104)은 직렬로 연결될 수 있다.

스위칭 소자(S2_3)의 일단은 배터리 팩(102)의 음극에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S2_3)의 타단은 배터리 팩(103)의 양극에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S2_3)가 온 상태이면, 배터리 팩(102)과 배터리 팩(103)은 직렬로 연결될 수 있다.

스위칭 소자(S2_4)의 일단은 배터리 팩(102)의 음극에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S2_4)의 타단은 배터리 팩(104)의 양극에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S2_4)가 온 상태이면, 배터리 팩(102)과 배터리 팩(104)은 직렬로 연결될 수 있다.

스위칭 소자(S3_4)의 일단은 배터리 팩(103)의 음극에 연결되어 있고, 스위칭 소자(S3_4)의 타단은 배터리 팩(104)의 양극에 연결되어 있다. 스위칭 소자(S3_4)가 온 상태이면, 배터리 팩(103)과 배터리 팩(104)은 직렬로 연결될 수 있다.

복수의 직렬 스위칭 소자(S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4) 중 적어도 하나가 온 상태이면, 복수의 배터리 팩(101-104) 중 대응하는 배터리 팩들은 직렬로 연결될 수 있다.

복수의 스위칭 소자(S1_P-S4_P, S1_N-S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)의 닫힘 및 열림은 BMS(200)로부터 공급되는 스위칭 제어 신호(SCS1_P- SCS4_P, SCS1_N-SCS4_N, SCS1_2, SCS1_3, SCS1_4, SCS2_3, SCS2_4, SCS3_4)에 따라 제어될 수 있다.

복수의 릴레이(311, 312, 321, 322) 각각의 일단은 배터리 장치(100)에 연결되어 있고, 복수의 릴레이(311, 312, 321, 322) 각각의 타단은 외부 시스템에서 적어도 하나의 구성과 연결되어 있다. 복수의 릴레이(311, 312, 321, 322)의 닫힘 및 열림은 BMS(200)로부터 공급되는 릴레이 제어 신호(RCS11, RCS12, RCS21, RCS22)에 따라 제어될 수 있다.

배터리 시스템(1)은 외부 시스템과 연결될 수 있다. 외부 시스템은 제1 구동 장치(21)이거나 또는 제2 구동 장치(22)일 수 있다.

제1 구동 장치(21)의 동작에 필요한 전원 전압 레벨은 제1 전압(V1)의 전압 레벨일 수 있다. 제2 구동 장치(22)의 동작에 필요한 전원 전압 레벨은 제2 전압(V2)의 전압 레벨일 수 있다. 제2 전압(V2)은 제1 전압(V1)보다 높은 레벨일 수 있다. 예를 들어, 제1 전압(V1)은 400V이고, 제2 전압(V2)은 800V일 수 있다.

복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압은, 제1 전압(V1)을 기준으로 소정의 범위 내의 전압 레벨일 수 있다.

제1 구동 장치(21) 및 제2 구동 장치(22) 각각은 인버터, 컨버터 등의 부하 및 충전기와 연결된 전력 변환 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 1에서는 제1 및 제2 구동 장치(21, 22) 각각이 하나인 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 구동 장치(21, 22)는 하나 이상의 구동 장치일 수 있다.

릴레이(311) 및 릴레이(312)가 온 상태이면, 배터리 시스템(1)은 제1 단자(P1+, P1-)를 통해 제1 구동 장치(21)에 연결될 수 있다. 릴레이(311) 및 릴레이(312)가 온 상태인 기간 동안 배터리 시스템(1)은 충전 동작 또는 방전 동작할 수 있다.

제1 구동 장치(21)가 충전기와 연결된 전력 변환 장치인 경우, 릴레이(311) 및 릴레이(312)가 온 상태인 기간 동안 배터리 시스템(1)의 제1 단자(P1+, P1-)는 전력 변환 장치에 연결되어 충전기로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 제1 구동 장치(21)가 부하인 경우, 릴레이(311) 및 릴레이(312)가 온 상태인 기간 동안 배터리 시스템(1)의 제1 단자(P1+, P1-)는 부하에 연결되어 복수의 배터리 팩(101-104) 중 적어도 하나가 공급하는 전력이 부하를 통해 방전될 수 있다.

릴레이(321) 및 릴레이(322)가 온 상태이면, 배터리 시스템(1)은 제2 단자(P2+, P2-)를 통해 제2 구동 장치(22)에 연결될 수 있다. 릴레이(321) 및 릴레이(322)가 온 상태인 기간 동안 배터리 시스템(1)은 충전 동작 또는 방전 동작할 수 있다.

제2 구동 장치(22)가 충전기와 연결된 전력 변환 장치인 경우, 릴레이(321) 및 릴레이(322)가 온 상태인 기간 동안 배터리 시스템(1)의 제2 단자(P2+, P2-)는 전력 변환 장치에 연결되어 충전기로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 제2 구동 장치(22)가 부하인 경우, 릴레이(321) 및 릴레이(322)가 온 상태인 기간 동안 배터리 시스템(1)의 제2 단자(P2+, P2-)는 부하에 연결되어 복수의 배터리 팩(101-104) 중 적어도 하나가 공급하는 전력이 부하를 통해 방전될 수 있다.

차량의 운전을 제어하는 장치, 예를 들어 ECU(Electronic Control Unit)(3)는 BMS(200)로부터 전송되는 배터리 상태 신호(BSS)를 수신하고, 차량의 사용자로부터 입력된 정보를 BMS(200)에 전송할 수 있다. 이 때, ECU(3)와 BMS(200)는 CAN 통신을 통해 필요한 정보를 송수신할 수 있다. 차량의 사용자로부터 입력된 정보는, 배터리 장치(100)의 방전 레벨을 사용자의 선택에 따라 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2) 중 하나로 나타내는 신호를 포함할 수 있다.

BMS(200)에는, 제1 구동 장치(21)가 연결된 제1 단자(P1+, P1-)의 정격 전압 및 제2 구동 장치(22)가 연결된 제2 단자(P2+, P2-)의 정격 전압을 나타내는 정보가 기 저장되어 있을 수 있다. 또는 BMS(200)는, 제1 단자(P1+, P1-)의 정격 전압 및 제2 단자(P2+, P2-)의 정격 전압을 나타내는 정보를 차량의 ECU(3)로부터 수신할 수 있다. BMS(200)는 제1 단자(P1+, P1-) 및 제2 단자(P2+, P2-) 각각에 구동 장치가 연결되었는지에 대한 정보를 ECU(3)로부터 수신할 수 있다. 또는 BMS(200)는 제1 단자(P1+, P1-) 및 제2 단자(P2+, P2-) 각각에 전기적으로 연결되어 각 단자에 구동 장치가 연결된 것을 감지할 수 있다. BMS(200)가 각 단자에 구동 장치가 연결된 것을 감지하는 방식은 다양하게 구현될 수 있으며 필요한 경우 별도의 회로를 구비하여 각 단자에 구동 장치의 연결 여부를 결정할 수 있다.

BMS(200)는, 제1 구동 장치(21) 및 제2 구동 장치(22) 중 적어도 하나의 장치를 배터리 시스템(1)에 연결하는 것으로 결정할 수 있다. 제1 구동 장치(21)를 연결하기로 결정하면, BMS(200)는 온 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS11, RCS12)를 생성하여 릴레이(311, 312)에 전송할 수 있다. 제2 구동 장치(22)를 연결하기로 결정하면, BMS(200)는 온 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS21, RCS22)를 생성하여 릴레이(321, 322)에 전송할 수 있다.

BMS(200)는, 제1 구동 장치(21) 및 제2 구동 장치(22) 중 배터리 장치(100)에 연결되는 구동 장치에 따라 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압을 결정하고, 결정한 양단 전압이 제2 전압(V2)인 경우 복수의 배터리 팩(101-104) 중 직렬 연결할 배터리 팩들을 결정하고, 직렬 연결된 배터리 팩들을 병렬 연결할지를 결정할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 BMS(200)가 제2 전압(V2)에 대응하여 복수의 배터리 팩 중 직렬 연결하기로 결정한 배터리 팩들을 직렬 그룹이라 한다.

BMS(200)는 결정한 직렬로 연결할 배터리 팩의 구성에 따라, 온 레벨 또는 오프 레벨의 스위칭 제어 신호(SCS1_P-SCS4_P, SCS1_N-SCS4_N, SCS1_2, SCS1_3, SCS1_4, SCS2_3, SCS2_4, SCS3_4)를 생성하여 복수의 스위칭 소자(S1_P-S4_P, S1_N-S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)의 동작을 제어할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 BMS(200)가 복수의 스위칭 소자(S1_P-S4_P, S1_N-S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)의 스위칭 동작을 제어하는 동작을 "스위칭 제어 동작"이라 한다.

제1 구동 장치(21) 또는 제2 구동 장치(22)가 충전기와 연결된 전력 변환 장치인 경우에는, BMS(200)는 제1 단자(P1+, P1-) 및 제2 단자(P2+, P2-) 중 구동 장치가 연결되는 단자에 따라 제1 전압(V1) 또는 제2 전압(V2) 중 하나에 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 대응되도록 스위칭 제어 동작할 수 있다.

제1 구동 장치(21) 또는 제2 구동 장치(22)가 부하인 경우에는, BMS(200)는 ECU(3)로부터 수신한 정보에 기초하여 제1 전압(V1) 또는 제2 전압(V2) 중 하나에 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 대응되도록 스위칭 제어 동작할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 차량에 연결된 배터리 장치(100)의 방전 레벨을 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2) 중에서 선택할 수 있고, 선택한 정보를 차량을 통해 ECU(3)에 입력시킬 수 있다. ECU(3)가 사용자로부터 배터리 장치(100)의 방전 레벨을 제1 전압(V1)인 것을 나타내는 정보를 입력 받을 수 있다. 이 경우 ECU(3)는 제1 전압(V1)이 선택되었음을 나타내는 정보를 BMS(200)에 전송할 수 있다.

제1 단자(P1+, P1-)에 제1 구동 장치(21)가 연결되어 배터리 장치(100)가 충전 동작하거나, 사용자가 선택한 배터리 장치(100)의 방전 레벨이 제1 전압(V1)이면, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제1 전압(V1)에 대응되도록 스위칭 제어 동작할 수 있다. 또는 배터리 장치(100)의 방전 레벨을 선택하지 않는 경우에도, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제1 전압(V1)에 대응되도록 스위칭 제어 동작할 수 있다.

제2 단자(P2+, P2-)에 제2 구동 장치(22)가 연결되어 배터리 장치(100)가 충전 동작하거나, 사용자가 선택한 배터리 장치(100)의 방전 레벨이 제2 전압(V2)이면, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제2 전압(V2)에 대응되도록 스위칭 제어 동작할 수 있다.

BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압 및/또는 팩 용량에 기초하여 복수의 스위칭 소자(S1_P-S4_P, S1_N-S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)의 스위칭 제어 동작을 제어할 수 있다. 또는 BMS(200)는, ECU(3)로부터 입력되는 커맨드에 응답하여 복수의 스위칭 소자(S1_P-S4_P, S1_N-S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압에 기초하여 복수의 스위칭 소자(S1_P-S4_P, S1_N-S4_N, S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)의 스위칭 동작을 제어하는 것으로 설명한다.

복수의 릴레이(311, 312)가 온 되어 제1 구동 장치(21)가 배터리 장치(100)에 연결되면, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압을 제1 전압(V1)으로 결정할 수 있다. 제1 전압(V1)이 제1 구동 장치(21)의 동작에 필요한 전원 레벨에 대응되기 때문이다. 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압이 제1 전압(V1)에 대응하는 전압이므로, BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 중 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 적어도 하나의 배터리 팩을 결정할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 BMS(200)가 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)을 제1 전압(V1)에 대응되도록 하는 스위칭 제어 동작을 설명한다.

도 2는 도 1의 배터리 시스템의 일 예시이다.

BMS(200)는, 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압에 기초하여 복수의 배터리 팩(101-104) 중 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 적어도 하나의 배터리 팩을 결정할 수 있다. BMS(200)에는, 제1 전압에 대응하여 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압의 정상 범위인 제1 기준 전압 범위가 기 저장되어 있을 수 있다. BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제1 기준 전압 범위 내인 적어도 하나의 배터리 팩을 결정할 수 있다.

BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 하나의 배터리 팩을 연결할 수도 있고, 또는 2 이상의 배터리 팩을 병렬로 연결할 수도 있다.

도 2의 예에서, BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 중 배터리 팩(101), 배터리 팩(103), 및 배터리 팩(104)을 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 수 있다.

복수의 직렬 스위칭 소자(S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)를 오프 시키고, 각 복수의 양극 스위칭 소자(S1_P-S4_P) 및 복수의 음극 스위칭 소자(S1_N-S4_N) 중 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 배터리 팩(들)에 대응하는 소자들을 온 시킬 수 있다. 도 2의 예에서, BMS(200)는 복수의 직렬 스위칭 소자(S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4)를 오프 시키고, 배터리 팩(101), 배터리 팩(103), 및 배터리 팩(104)에 대응하는 세 양극 스위칭 소자(S1_P, S3_P, S4_P) 및 세 음극 스위칭 소자(S1_N, S3_N, S4_N)를 온 시킬 수 있다.

BMS(200)는 온 레벨의 스위칭 제어 신호(SCS1_P, SCS3_P, SCS4_P, SCS1_N, SCS3_N, SCS4_N)를 생성하여 복수의 스위칭 소자(S1_P, S3_P, S4_P, S1_N, S3_N, S4_N)에 전송할 수 있다. 복수의 스위칭 제어 신호(SCS1_P-SCS4_P, SCS1_N-SCS4_N, SCS1_2, SCS1_3, SCS1_4, SCS2_3, SCS2_4, SCS3_4) 중 온 레벨의 스위칭 제어 신호(SCS1_P, SCS3_P, SCS4_P, SCS1_N, SCS3_N, SCS4_N)를 제외한 나머지 신호는 오프 레벨일 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 복수의 스위칭 제어 신호(SCS1_P-SCS4_P, SCS1_N-SCS4_N, SCS1_2, SCS1_3, SCS1_4, SCS2_3, SCS2_4, SCS3_4) 중 온 레벨로 명시한 것을 제외하고는 오프 레벨인 것으로 한다.

도 1에서 복수의 릴레이(321, 322)가 온 되어 제2 구동 장치(22)가 배터리 장치(100)에 연결되면, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압을 제2 전압(V2)으로 결정할 수 있다. 제2 전압(V2)이 제2 구동 장치(22)의 동작에 필요한 전원 레벨에 대응되기 때문이다. 복수의 배터리 팩(101-104) 중 두 개씩 직렬로 연결된 직렬 그룹의 양단 전압이 제2 전압(V1)에 대응하는 전압이므로, BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 중 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정할 수 있다. 직렬 그룹이 2 이상인 경우, BMS(200)는 2 이상의 직렬 그룹을 병렬 연결하도록 제어할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 BMS(200)가 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)을 제1 전압(V1)에 대응되도록 하는 스위칭 제어 동작을 설명한다.

도 3은 도 1의 복수의 직렬 그룹을 포함하는 배터리 시스템의 일 예이다.

BMS(200)는, 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압에 기초하여 복수의 배터리 팩(101-104) 중 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정할 수 있다. BMS(200)에는, 제2 전압에 대응하여 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압의 정상 범위인 제2 기준 전압 범위가 기 저장되어 있을 수 있다. BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제2 기준 전압 범위 내인 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정할 수 있다.

BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 하나의 직렬 그룹을 연결할 수도 있고, 또는 2 이상의 직렬 그룹을 병렬로 연결할 수도 있다.

명세에서 직렬 그룹에 속하는 배터리 팩의 개수는 2개로 설명하였지만 발명이 이에 한정되지 않는다. BMS(200)는 제2 전압(V2)을 제1 전압(V1)으로 나눈 값에 대응하는 개수의 배터리 팩을 직렬 그룹으로 결정할 수 있다.

BMS(200)는, 복수의 직렬 스위칭 소자(S1_2, S1_3, S1_4, S2_3, S2_4, S3_4) 중 직렬 그룹에 속하는 두 배터리 팩 사이에 연결된 스위칭 소자를 온 시키고, 나머지 스위칭 소자를 오프 시킬 수 있다. BMS(200)는 복수의 양극 스위칭 소자(S1_P-S4_P) 중 배터리 장치(100)의 양극 단자(P100+)에 연결된 스위칭 소자를 온 시키고, 나머지 스위칭 소자를 오프 시킬 수 있다. BMS(200)는 복수의 음극 스위칭 소자(S1_N-S4_N) 중 배터리 장치(100)의 음극 단자(P100-)에 연결된 스위칭 소자를 온 시키고, 나머지 스위칭 소자를 오프 시킬 수 있다.

BMS(200)가 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제2 전압(V2)에 대응되도록 스위칭 제어 동작하기 위해서는, 적어도 하나의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩을 결정할 수 있다.

이하, 배터리 팩(101)의 팩 전압이 360V, 배터리 팩(102)의 팩 전압에 370V, 배터리 팩(103)의 팩 전압이 380V, 배터리 팩(104)의 팩 전압이 390V인 것으로 가정하여 설명한다.

BMS(200)는 적어도 하나의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩의 팩 전압을 고려하여 적어도 하나의 직렬 그룹 각각의 양단 전압을 도출할 수 있다.

직렬 그룹이 2 이상인 경우, BMS(200)는 2 이상의 직렬 그룹 중 하나의 양단 전압을, 2 이상의 직렬 그룹 중 다른 하나의 양단 전압과의 전위 차가 소정의 임계 값 이하로 되는 직렬 그룹을 결정하여야 한다. 예를 들어, 소정의 임계 값은, 20V일 수 있다.

2 이상의 직렬 그룹 간 전압 차가 크면, 배터리 장치(100)가 제1 구동 장치(21) 또는 제2 구동 장치(22)에 연결되는 동작 시 돌입 전류(inrush current)가 발생할 수 있다. 돌입 전류가 발생하면 복수의 배터리 팩(101-104)이나 배터리 시스템(1) 내 부품에 충격이 발생할 수 있기 때문이다.

복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압을 고려하면, BMS(200)는 배터리 팩(101)과 배터리 팩(104)을 제1 직렬 그룹으로 결정하고, 배터리 팩(102)과 배터리 팩(103)을 제2 직렬 그룹으로 결정할 수 있다. 제1 직렬 그룹의 양단 전압은, V=360+390=750(V)이다. 제2 직렬 그룹의 양단 전압은 V=370+380=750(V)이다.

BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 중 배터리 팩(101) 및 배터리 팩(104)을 포함하는 제1 직렬 그룹과, 배터리 팩(102) 및 배터리 팩(103)을 포함하는 제2 직렬 그룹을 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 수 있다.

BMS(200)는, 제1 직렬 그룹에 속하는 배터리 팩들(101, 104)을 직렬로 연결하기 위해 온 레벨의 스위치 제어 신호(SCS1_4)를 생성하여 스위치(S1_4)에 전송할 수 있다. BMS(200)는, 제2 직렬 그룹에 속하는 배터리 팩들(102, 103)을 직렬로 연결하기 위해 온 레벨의 스위치 제어 신호(SCS2_3)를 생성하여 스위치(S2_3)에 전송할 수 있다. 복수의 스위칭 제어 신호(SCS1_2, SCS1_3, SCS1_4, SCS2_3, SCS2_4, SCS3_4) 중 스위치 제어 신호(SCS1_4) 및 스위치 제어 신호(SCS2_3)를 제외한 나머지 스위칭 제어 신호는 오프 레벨일 수 있다.

BMS(200)는 제1 및 제2 직렬 그룹의 양극 단자를 배터리 장치(100)의 양극 단자(P100+)에 연결하기 위하여 온 레벨의 스위치 제어 신호(SCS1_P, SCS2_P)를 생성하여 스위치(S1_P, S2_P)에 전송할 수 있다. BMS(200)는 제1 및 제2 직렬 그룹의 음극 단자를 배터리 장치(100)의 음극 단자(P100-)에 연결하기 위하여 온 레벨의 스위치 제어 신호(SCS3_N, SCS4_N)를 생성하여 스위치(S3_N, S4_N)에 전송할 수 있다. 복수의 스위칭 제어 신호(SCS1_P-SCS4_P) 중 스위치 제어 신호(SCS1_P, SCS2_P)를 제외한 나머지 스위칭 제어 신호는 오프 레벨일 수 있다. 복수의 스위칭 제어 신호(SCS1_N-SCS4_N) 중 스위치 제어 신호(SCS3_N, SCS4_N)를 제외한 나머지 스위칭 제어 신호는 오프 레벨일 수 있다.

도 3을 참조하면, 스위칭 제어 동작에 따라 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에는 제1 직렬 그룹(배터리 팩(101) 및 배터리 팩(104)이 직렬 연결된 그룹)과 제2 직렬 그룹(배터리 팩(102) 및 배터리 팩(103)이 직렬 연결된 그룹)이 병렬로 연결될 수 있다.

제1 및 제2 직렬 그룹의 양단 전압은 제2 구동 장치(22)의 동작에 필요한 제2 전압(V2)의 전압 레벨에 대응될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 배터리 팩 간 연결 제어 방법의 순서도이다.

이하, BMS(200)의 동작 중 앞서 설명과 중복되는 설명은 생략될 수 있다.

배터리 시스템(1)이 제1 구동 장치(21) 또는 제2 구동 장치(22)의 외부 시스템에 연결될 수 있다(S100). BMS(200)는 복수의 릴레이(311, 312, 321, 322)를 통해 배터리 장치(100)를 제1 구동 장치(21) 또는 제2 구동 장치(22)와 연결할 수 있다. BMS(200)는 온 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS11, RCS12)를 릴레이(311, 312)에 전송하여 단자(P1+, P1-)를 통해 배터리 장치(100)를 제1 구동 장치(21)와 연결할 수 있다. 또는 BMS(200)는 온 레벨의 릴레이 제어 신호(RCS21, RCS22)를 릴레이(321, 322)에 전송하여 단자(P2+, P2-)를 통해 배터리 장치(100)를 제2 구동 장치(22)와 연결할 수 있다.

BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제1 전압(V1)인지, 아니면 제2 전압(V2)인지를 결정할 수 있다(S200).

제1 구동 장치(21) 또는 제2 구동 장치(22)가 충전기와 연결된 전력 변환 장치인 경우에는, 제1 단자(P1+, P1-) 및 제2 단자(P2+, P2-) 중 구동 장치가 연결되는 단자에 따라, 그리고 제1 구동 장치(21) 또는 제2 구동 장치(22)가 부하인 경우에는, ECU(3)로부터 수신한 정보에 기초하여 BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압을 결정할 수 있다.

S200 단계에서 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제1 전압(V1)이면, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 복수의 배터리 팩(101-104) 중 하나 또는 2 이상의 배터리 팩을 병렬로 연결할 수 있다(S300). BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압에 기초하여 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 적어도 하나의 배터리 팩을 결정할 수 있다.

S300 단계에 이어, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결하기로 결정한 적어도 하나의 배터리 팩에 대응하는 스위치에 대하여 스위칭 제어 동작할 수 있다(S400). 도 2의 예에서 BMS(200)는 온 레벨의 스위칭 제어 신호(SCS1_P, SCS3_P, SCS4_P, SCS1_N, SCS3_N, SCS4_N)를 생성하여 복수의 스위칭 소자(S1_P, S3_P, S4_P, S1_N, S3_N, S4_N)에 전송할 수 있다.

S200 단계에서 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압이 제2 전압(V2)이면, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결할 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정할 수 있다(S500).

BMS(200)는 복수의 배터리 팩(101-104) 각각의 팩 전압에 기초하여 복수의 배터리 팩(101-104) 중 적어도 하나의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩을 결정할 수 있다. 직렬 그룹이 2 이상인 경우, BMS(200)는 2 이상의 직렬 그룹의 양단 전압 간 전압 차가 소정의 임계 값 이하가 되도록 복수의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩을 결정할 수 있다.

S500 단계에 이어, BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-)에 연결하기로 결정한 적어도 하나의 직렬 그룹에 대응하는 스위치에 대하여 스위칭 제어 동작할 수 있다(S600). 도 3의 예에서, BMS(200)는 온 레벨의 스위칭 제어 신호(SCS1_4, SCS2_3, SCS1_P, SCS2_P, SCS4_N, SCS3_N)를 생성하여 복수의 스위칭 소자(S1_4, S2_3, S1_P, S2_P, S3_N, S4_N)에 전송할 수 있다.

일 실시예에 따르면 BMS(200)는 배터리 장치(100)의 양단(P100+, P100-) 전압을 제1 전압(V1)에 대응하는 전압 레벨 또는 제2 전압(V2)에 대응하는 전압 레벨로 조정할 수 있다. 복수의 배터리 팩(101-104) 중 2 이상의 배터리 팩을 직렬로 연결하는 경우, 복수의 직렬 그룹에 속하는 배터리 팩들을 결정하여, 복수의 직렬 그룹의 양단 전압 간 전압 차가 소정의 임계 값 이하가 되도록 할 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
100: 배터리 장치
101, 102, 103, 104: 배터리 팩
200: 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)
311, 312, 321, 322: 릴레이
21: 제1 구동 장치
22: 제2 구동 장치
3: ECU (Electronic Control Unit)

Claims

복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치;
상기 배터리 장치의 양단에 연결되는 제1 및 제2 단자;
상기 복수의 배터리 팩으로부터 수신한 복수의 전압 측정 신호에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대한 복수의 팩 전압을 도출하고, 상기 제1 및 제2 단자 중 구동 장치가 연결되는 단자에 따라 상기 배터리 장치의 양단 전압을 제1 전압 또는 제2 전압으로 결정하며, 상기 배터리 장치의 양단 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩을 병렬 또는 직렬로 연결할 지를 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩을 직렬로 연결하는 경우 상기 복수의 팩 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 배터리 팩을 결정하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)
을 포함하는 배터리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 BMS는,
ECU(Electronic Control Unit)와 CAN 통신하여 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 하나로 나타내는 정보를 수신하는,
배터리 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 단자에 상기 제1 전압의 전압 레벨로 구동되는 제1 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는,
상기 BMS는,
상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제1 전압으로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 배터리 팩의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결하는,
배터리 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 단자에 상기 제2 전압의 전압 레벨로 구동되는 제2 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제2 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는,
상기 BMS는,
상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제2 전압으로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 2 이상의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정하며, 상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결하는,
배터리 시스템.
제4항에 있어서,
상기 BMS는,
상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 개수가 2 이상인 경우,
2 이상의 직렬 그룹 중 제1 직렬 그룹에 속하는 복수의 제1 배터리 팩에 대한 복수의 제1 팩 전압의 합과 상기 2 이상의 직렬 그룹 중 제2 직렬 그룹에 속하는 복수의 제2 배터리 팩에 대한 복수의 제2 팩 전압의 합 간의 차이가 소정의 임계 값 이하가 되도록 상기 2 이상의 직렬 그룹을 결정하는,
배터리 시스템.
제5항에 있어서,
상기 BMS는,
상기 2 이상의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩들 사이를 직렬로 연결하고, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 양극 단자를 상기 배터리 장치의 양극 단자에 연결하며, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 음극 단자를 상기 배터리 장치의 음극 단자에 연결하는 스위치 제어 신호를 생성하는,
배터리 시스템.
배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)이, 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치를 상기 배터리 장치의 양단에 연결되는 제1 및 제2 단자 중 하나를 통해 외부 시스템에 연결하는 단계;
상기 BMS가, 상기 제1 및 제2 단자 중 구동 장치가 연결되는 단자에 따라 상기 배터리 장치의 양단 전압을 제1 전압 또는 제2 전압으로 결정하는 단계;
상기 BMS가, 상기 복수의 배터리 팩으로부터 수신한 복수의 전압 측정 신호에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대한 복수의 팩 전압을 도출하는 단계;
상기 배터리 장치의 양단 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩을 병렬 또는 직렬로 연결할 지를 결정하는 단계; 및
상기 복수의 배터리 팩을 직렬로 연결하는 경우 상기 복수의 팩 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 배터리 팩을 결정하는 단계
를 포함하는 배터리 팩 간 연결 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 BMS가, ECU(Electronic Control Unit)와 CAN 통신하여 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 하나로 나타내는 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는,
배터리 팩 간 연결 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 단자에 상기 제1 전압의 전압 레벨로 구동되는 제1 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제1 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는,
상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제1 전압으로 결정하는 단계; 및
상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 배터리 팩의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결하는 단계를 더 포함하는,
배터리 팩 간 연결 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 제2 단자에 상기 제2 전압의 전압 레벨로 구동되는 제2 구동 장치가 연결되는 경우, 또는 상기 ECU로부터 상기 배터리 장치의 방전 레벨을 상기 제2 전압으로 지시하는 정보를 수신한 경우에는,
상기 배터리 장치의 양단 전압을 상기 제2 전압으로 결정하는 단계;
상기 복수의 배터리 팩 중 직렬로 연결할 2 이상의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 양단을 상기 배터리 장치의 양단에 연결하는 단계를 더 포함하는,
배터리 팩 간 연결 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 직렬 그룹의 개수가 2 이상인 경우에는,
상기 적어도 하나의 직렬 그룹을 결정하는 단계는,
2 이상의 직렬 그룹 중 제1 직렬 그룹에 속하는 복수의 제1 배터리 팩에 대한 복수의 제1 팩 전압의 합과 상기 2 이상의 직렬 그룹 중 제2 직렬 그룹에 속하는 복수의 제2 배터리 팩에 대한 복수의 제2 팩 전압의 합 간의 차이가 소정의 임계 값 이하가 되도록 상기 2 이상의 직렬 그룹을 결정하는 단계를 더 포함하는,
배터리 팩 간 연결 제어 방법.
제11항에 있어서,
상기 BMS는,
상기 2 이상의 직렬 그룹 각각에 속하는 배터리 팩들 사이를 직렬로 연결하고, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 양극 단자를 상기 배터리 장치의 양극 단자에 연결하며, 상기 2 이상의 직렬 그룹 각각의 음극 단자를 상기 배터리 장치의 음극 단자에 연결하는 스위치 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는,
배터리 팩 간 연결 제어 방법.