WO2014182097A1 - 배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법 - Google Patents

배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법 Download PDF

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temperature
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김성종
안순호
이중재
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Definitions

  • the present invention relates to a battery preheating system and a battery preheating method using the same, and more particularly, to a battery preheating system using heat generated by discharge of a battery and a battery preheating method using the same.
  • the lithium ion secondary battery has a disadvantage in that the output characteristics deteriorate sharply when the temperature drops below a certain temperature, and the disadvantage of the lithium ion secondary battery remains a problem to be overcome to improve the low temperature startability of the vehicle. .
  • the present invention was devised in consideration of the above-described problems, and an object of the present invention is to significantly improve low-temperature startability of a vehicle by using heat generated by the battery itself without large changes in the existing automotive power supply system.
  • the battery state measuring unit for measuring the state of charge of each of the battery module constituting the battery pack of the vehicle;
  • the control unit for outputting the forced discharge start signal and the balancing start signal;
  • a forced discharge circuit unit for forcibly discharging at least one battery module of the plurality of battery modules according to the forced discharge start signal;
  • a balancing unit configured to balance charge amounts of the battery modules according to the balancing start signal.
  • the battery preheating system may further include a temperature measuring unit measuring a temperature of the battery pack, and the controller may output the forced discharge start signal when the temperature measured by the temperature measuring unit is lower than the set first reference temperature.
  • the forced discharge circuit unit may include a forced discharge switch connected between at least one end of the plurality of battery modules.
  • the discharge switch may perform a switch on operation according to the forced discharge start signal.
  • the controller may output a forced discharge end signal when the discharge amount of some battery modules reaches a set reference discharge amount or when the temperature of the battery pack reaches the set second reference temperature according to the output of the forced discharge start signal.
  • the forced discharge switch may perform a switch off operation according to the forced discharge end signal.
  • the controller may output the balancing start signal when the state of charge between the plurality of battery modules differs by more than a first reference amount as discharge of the partial battery module occurs by the forced discharge circuit unit.
  • the balancing unit may include a balancing switch connected between both ends of each of the plurality of battery modules.
  • the balancing switch may perform a switch on operation according to the balancing start signal.
  • the controller may output a balancing end signal when the difference in state of charge between the plurality of battery modules is less than the set second reference amount according to the output of the balancing start signal.
  • the balancing switch may perform a switch off operation according to the balancing end signal.
  • the battery state measuring unit may include a voltage sensor measuring a voltage of the battery module.
  • the battery state measurer may further include an SOC calculator configured to calculate an SOC of the battery module using information including a voltage value sensed by the voltage sensor.
  • the controller may calculate the SOC of the battery module using information including the voltage value sensed by the voltage sensor.
  • the power supply system for solving the technical problem, the battery preheating system; And a battery pack connected to the battery preheating system.
  • the vehicle for solving the technical problem, the vehicle power supply system; And it is implemented in a form that includes a starter receives the power required for starting from the battery pack.
  • the battery preheating method according to the present invention comprises the steps of comparing the temperature of the battery pack and the set first reference temperature; Outputting a forced discharge start signal when the temperature of the battery pack is lower than the first reference temperature; And outputting a balancing start signal when the state of charge between the plurality of battery modules constituting the battery pack is greater than or equal to a predetermined first reference amount according to the forced discharge start signal.
  • the battery preheating method may include outputting a forced discharge end signal when the temperature of the battery pack reaches a second reference temperature or when the discharge amount of some battery modules reaches a predetermined reference discharge amount as the forced discharge start signal is output. It may further include.
  • the battery preheating method may further include outputting a balancing end signal when a difference in state of charge between a plurality of battery modules is less than a set second reference amount according to the balancing start signal.
  • a battery preheating method relates to a method of preheating a battery pack having a plurality of battery modules, comprising the steps of: querying the state of charge (SOC) of each of the battery modules constituting the battery pack; Determining whether there is a charging imbalance between the battery modules based on the measured SOC of each battery module; If a charging imbalance exists between the battery modules, outputting a balancing start signal to balance the SOC between the battery modules; And if there is no charge imbalance between the battery modules, first outputting a signal for causing charge imbalance between the battery modules, and then outputting a balancing start signal for balancing the SOC between the battery modules; It may also be implemented in a form including a.
  • the outputting of the signal for inducing charge imbalance may include forcibly discharging the at least one battery module constituting the battery pack by outputting a forced discharge start signal.
  • the outputting of the signal for inducing charge imbalance may include outputting a forced charging start signal for at least one battery module of the battery pack.
  • the outputting of a signal for inducing charge imbalance may be a step of forcibly charging at least one battery module constituting the battery pack by outputting a forced charging start signal.
  • the battery preheating method may further include comparing the temperature of the battery pack with a first reference temperature, wherein a signal for initiating a balancing or a signal for inducing charge imbalance may be obtained when the temperature of the battery pack is lower than the first reference temperature. Can be output to
  • the battery preheating method includes measuring a temperature of a battery pack; And outputting a balancing end signal when the temperature of the battery pack reaches the second reference temperature.
  • the battery preheating method may further include outputting a forced discharge end signal when a difference in charge between battery modules reaches a reference amount.
  • the battery preheating method may include outputting a balancing end signal when the SOC difference between the plurality of battery modules is less than the reference amount according to the balancing start signal.
  • the present invention it is possible to greatly improve the low-temperature startability of the vehicle by using heat of the battery itself without making a large change to the existing automotive power supply system.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a battery preheating system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a battery pack connected to a battery preheating system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a forced discharge circuit portion employed in the battery preheating system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view illustrating a form in which a battery pack and a forced discharge circuit unit employed in a battery preheating system according to an embodiment of the present invention are combined.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a battery preheating method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a battery preheating method according to another embodiment of the present invention.
  • a battery preheating system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a battery preheating system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing a battery pack connected to the battery preheating system according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a view showing a forced discharge circuit portion employed in the battery preheating system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a battery pack and a forced discharge circuit portion employed in the battery preheating system according to an embodiment of the present invention Is a diagram showing a combined form.
  • a battery preheating system 10 may include a temperature measuring unit 11, a battery state measuring unit 12, a control unit 13, a forced discharge circuit unit 14, and balancing. And a portion 15.
  • the temperature measuring unit 11 measures the temperature of the battery pack P connected to the starter S of the vehicle and is attached to a specific position of the battery pack P to sense the temperature. This temperature sensing, preheating the battery pack (P) by monitoring the temperature of the battery pack (P) consisting of a lithium ion secondary battery that the output characteristics worsen when the temperature falls below a certain temperature (for example, less than 0 °C) It is performed to be able to determine the start time.
  • the battery pack P may be implemented by connecting a plurality of battery modules M (see FIG. 2) formed of a plurality of lithium ion secondary battery cells (not shown) connected in parallel.
  • the information about the temperature sensed by the temperature measuring unit 11 may be transmitted to the control unit 13 to be used as data for measuring the state of charge of the battery pack P, that is, SOC, and also forcibly discharging circuit unit. It can also be used as data for determining the operation of (13).
  • the battery state measuring unit 12 measures the state of charge of each of the plurality of battery modules M (see FIG. 2) constituting the battery pack P. Information about the measured state of charge is described below. Is used to determine when to output the balancing start signal.
  • the battery state measuring unit 12 is a concept including a voltage sensor (not shown) for measuring the voltage of each of the battery module (M).
  • the information including the voltage value measured by the battery state measuring unit 12 may be used as data for calculating the SOC of the battery module M in the controller 13.
  • the calculation of the SOC is not performed by the controller 13, but may be directly performed by the battery state measuring unit 12.
  • the battery state measuring unit 12 may further include an SOC calculator (not shown) that calculates an SOC of each of the battery modules M by using information including a voltage value measured by a voltage sensor. Can be.
  • the SOC calculator may further use information about the temperature measured by the temperature measuring unit 11 to accurately calculate the SOC.
  • the controller 13 outputs a forced discharge start signal with reference to the temperature measured by the temperature measuring unit 11 so that a part of the plurality of battery modules M is discharged, and each of the plurality of battery modules M is discharged.
  • the charging state that is, by outputting the balancing start signal with reference to the SOC so that the charging state between the battery modules (M) mutually uniform.
  • control unit 13 may include some battery modules for preheating the battery pack P when the temperature of the battery pack P measured by the temperature measuring unit 11 is lower than the set first reference temperature.
  • a forced discharge start signal for M) is output.
  • the reference temperature at which the forced discharge start signal is output may be appropriately determined according to the specifications of the battery (for example, the type and capacity of the battery) and the environment in which the battery is used (for example, the annual average temperature in the region). As can be, may be variously set to 0 °C, or -5 °C.
  • control unit 13 outputs a forced discharge end signal when a predetermined time elapses after the output of the forced discharge start signal, so that the forced discharge is terminated. ) Or the discharge amount of the battery module (M).
  • control unit 13 is a reference discharge amount in which the discharge amount of the battery module (M) is set when the temperature of the battery pack (P) reaches the set second reference temperature as the preheating of the battery pack (P) proceeds When it reaches, it is determined that the preheating is finished or that the charge amount disparity between the battery modules M is ended, thereby outputting the forced discharge end signal.
  • the second reference temperature is set to have a higher value than the first reference temperature described above.
  • such a reference temperature can be appropriately determined according to the specifications of the battery, the use environment, for example, It may be set to about 2 ° C higher or about 3 ° C higher than the first reference temperature described.
  • the reference discharge amount may also be appropriately determined according to the specification of the battery, the use environment, and the like. That is, even when the discharge amount is the same, the degree of temperature rise of the battery pack may vary according to the specifications of the battery, the use environment, and the like, and thus, the reference discharge amount may be set in consideration of such circumstances.
  • the relationship between the reference temperature (particularly, the first reference temperature) and the reference discharge amount may be reflected through, for example, a preset look-up table. That is, the lower the first reference temperature is, the greater the amount of forced discharge for causing charge amount imbalance between the battery modules M should be. For example, when the first reference temperature is -5 ° C and the minimum temperature at which the applied battery pack can operate smoothly corresponds to 0 ° C, the required discharge amount corresponds to approximately SOC 20%, and the first reference temperature If is set lower, the reference discharge amount should be set to more than 20%.
  • control unit 13 outputs a balancing start signal when the state of charge between the plurality of battery modules M is different due to the forced discharge, that is, when the SOC is different from the set first reference amount by more than the battery module ( The SOC difference between M) is reduced, and when the SOC difference becomes less than the second reference amount as the balancing proceeds, the balancing end signal is output.
  • the first reference amount is 20% SOC and the second reference amount is 10% SOC
  • balancing starts when the state of charge imbalance reaches 20% SOC, and charges as the balancing proceeds. Balancing can be terminated if the degree of state imbalance is reduced to 10% SOC.
  • the difference in state of charge between the battery modules M is equal to or greater than the first reference amount means that the SOC between two battery modules arbitrarily designated when the SOC difference between the battery modules M representing the maximum SOC and the minimum SOC is equal to or greater than the first reference amount.
  • the difference is equal to or greater than the first reference amount, or when the standard deviation of the SOCs of all the battery modules is equal to or greater than the first reference amount, etc., it may be variously designated as necessary, and the same applies to the second reference amount.
  • the first reference amount is preferably set to have a value equal to or smaller than the aforementioned reference discharge amount. This is because balancing is performed as some battery modules M are forcibly discharged, so that discharge occurs for the remaining battery modules M as well.
  • the forced discharge circuit unit 14 includes a forced discharge switch 14a connected between both ends of some battery modules M, and prevents overcurrent from flowing during forced discharge. It may further include a discharge resistor 14b.
  • the forced discharge circuit unit 14 is illustrated as being connected to only one battery module M, but the present invention is not limited thereto.
  • the forced discharge switch 14a performs a switch-on operation according to the forced discharge start signal output from the controller 13 so that the SOC of some battery modules M is reduced and switches according to the forced discharge end signal. The discharge is stopped by performing an off operation.
  • Such a forced discharge for some battery modules M may cause the SOC reduction amount of the battery module M to reach the set reference discharge amount, or the temperature of the battery pack P to reach the set second reference temperature as described above. Until it lasts.
  • the balancing unit 15 serves to make the state of charge uniform when the difference in state of charge between the plurality of battery modules M becomes greater than or equal to a set reference amount by forced discharge.
  • the balancing unit 15 may be implemented in the form of a discharge circuit similar to the forced discharge circuit unit 14 described above. That is, the balancing unit 15 is a balancing switch (not shown) connected between the respective battery modules (M) to perform a switch on (on) / off (off) operation in accordance with the balancing start signal and the balancing end signal It may include, and may further include a resistor (not shown) to prevent the overcurrent is generated during discharge.
  • the balancing switch performs a switch-on operation when a difference in state of charge between the battery modules M becomes equal to or greater than a first reference amount, and charges between the battery modules M as balancing is performed.
  • the switch off operation is performed.
  • the battery preheating system 10 forcibly discharges some battery modules M when the temperature of the battery pack P falls below the reference temperature, thereby causing balancing. By doing so, the battery pack P can be preheated. Therefore, the vehicle power supply system implemented by combining the battery preheating system 10 and the battery pack P can supply sufficient power to the starter S of the vehicle through the preheating of the battery pack P. As a result, the car can secure excellent low temperature startability.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a battery preheating method according to an embodiment of the present invention.
  • the battery preheating method relates to a method of preheating the battery pack P using the battery preheating system 10 described above, and including a temperature comparison step and a forced discharge start signal. An output step and a balancing start signal output step.
  • the temperature comparing step is a step of comparing the temperature of the battery pack P measured by the temperature measuring unit 11 with a set reference temperature.
  • the outputting of the forced discharge start signal may include comparing the measured temperature of the battery pack P with a set reference temperature and discharging some battery modules M when the measured temperature is lower than the set first reference temperature. Outputting a forced discharge start signal.
  • the forced discharge switch 14a of the forced discharge circuit unit 14 performs a switch on operation so that the SOC of the battery module M is reduced by the set reference discharge amount.
  • the balancing start signal output step may include: when the SOC of some of the battery modules M decreases according to the forced discharge start signal, when the state of charge between the battery modules M is greater than or equal to a set first reference amount, the battery modules M mutually differ. And outputting a balancing start signal to make the charging state of the liver uniform.
  • the balancing circuit unit 15 When the balancing start signal is output, the balancing circuit unit 15 performs a balancing operation so that the state of charge between the battery modules M is uniform.
  • the battery preheating method the step of outputting a forced discharge end signal when the discharge is made more than the set reference discharge amount and the balancing end signal when the difference in the state of charge between the battery modules (M) is less than the set second reference amount
  • the step of outputting may further include the forced discharge and balancing is terminated at an appropriate time.
  • the battery pack P by causing a forced discharge of some battery modules M to cause a balancing operation for the battery pack P under a predetermined condition. ) Can be preheated, thereby allowing the vehicle to have excellent low temperature startability.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a battery preheating method according to another embodiment of the present invention.
  • the battery preheating method according to another embodiment of the present invention is a battery preheating method using the battery preheating system 10 described above, the method comprising: measuring SOC for each battery module of a battery pack; Determining whether there is a charging imbalance between the battery modules.
  • the method includes outputting a balancing start signal for balancing the SOC between the battery modules. If there is no charge imbalance between the battery modules, the method outputs a signal causing charge imbalance between the battery modules and then outputs a balancing initiation signal for SOC balancing between the battery modules. It includes.
  • Measuring the SOC for each battery module constituting the battery pack corresponds to measuring the SOC for each battery module M using the battery state measuring unit 12.
  • Determining whether there is a charging imbalance between the battery modules comparing the SOC for each battery module (M) by the control unit 13 to determine whether there is a charging imbalance between the battery modules (M) Corresponds to the steps to do.
  • a balancing start signal for SOC balancing between the battery modules M is output to make the SOC even between the battery modules M uniform.
  • the balancing circuit unit 15 performs balancing to equalize the SOC between the battery modules M.
  • the control unit 15 If there is no charge imbalance, the control unit 15 outputs a signal for causing charge imbalance and then a balancing start signal.
  • the signal causing charge imbalance corresponds to a forced discharge start signal for one or more battery modules M constituting the battery pack P.
  • the forced discharge switch 14a of the forced discharge circuit 14 for one or more battery modules M is switched on so that the SOC for one or more battery modules can be reduced. Perform the action.
  • a balancing start signal may be output.
  • the battery preheating method may further include outputting an end signal for stopping the induction of the charging imbalance when the degree of the charging imbalance reaches a reference amount, and the SOC difference between the battery modules M may vary.
  • the step of outputting the balancing end signal may be performed, whereby forced discharge and balancing may be terminated at an appropriate time.
  • the output of the balancing end signal is performed when the temperature of the battery pack reaches the reference temperature instead of the output of the balancing end signal in this way according to the charge amount of the battery module It may be.
  • each component illustrated in FIG. 1 should be understood as logically divided components rather than physically divided components.
  • each component of the present invention corresponds to a logical component for realizing the technical idea of the present invention, so that even if each component is integrated or separated, the function according to the logical configuration of the present invention can be realized. Should be interpreted to be within the scope of.
  • any component that performs the same or similar functions should be construed as being within the scope of the present invention regardless of whether the names match.

Abstract

본 발명에 따른 배터리 예열 시스템은, 차량의 스타터와 연결된 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부; 상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 각각의 충전 상태를 측정하는 배터리 상태 측정부; 상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 참조하여 강제 방전 개시신호를 출력하고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 충전 상태를 참조하여 밸런싱 개시신호를 출력하는 제어부; 상기 강제 방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈을 강제 방전시키는 강제 방전 회로부; 및 상기 밸런싱 개시신호에 따라 상기 배터리 모듈 각각의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱부를 포함한다.

Description

배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법
본 발명은 배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 배터리의 방전에 따른 발열을 이용한 배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 05월 08일에 출원된 한국특허출원 제10-2013-0052098호에 기초한 우선권 주장을 하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
또한, 본 출원은 2014년 05월 08일에 출원된 한국특허출원 제10-2014-0055109호에 기초한 우선권 주장을 하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
최근의 자동차 산업에 있어서 연비의 향상과 CO2 배출 저감은 큰 숙제로 남아 있다. 이에 대해 자동차 업계에서는 기존의 납축전지와 비교하여 더 고출력을 낼 수 있고 충전 효율 역시 더 우수한 리튬이온 이차전지를 이용함으로써 연비의 향상을 꾀하려는 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.
그러나, 이러한 리튬이온 이차전지의 경우 기온이 일정온도 이하로 떨어지는 경우 출력 특성이 급격히 나빠지는 단점이 있으며, 이러한 리튬이온 이차전지의 단점은 자동차의 저온 시동성의 개선을 위해 극복해야 할 과제로 남아있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 기존의 자동차용 전력공급 시스템에 큰 변화를 주지 않으면서도 배터리 자체의 발열을 이용하여 자동차의 저온 시동성을 크게 개선시키는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 예열 시스템은, 자동차의 배터리 팩을 이루는 배터리 모듈 각각의 충전 상태를 측정하는 배터리 상태 측정부; 선택적으로, 강제 방전 개시신호 및 밸런싱 개시신호를 출력하는 제어부; 상기 강제 방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈을 강제 방전시키는 강제 방전 회로부; 및 상기 밸런싱 개시신호에 따라 상기 배터리 모듈 각각의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱부를 포함한다.
상기 배터리 예열 시스템은 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도 측정부에서 측정된 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 강제 방전 개시신호를 출력할 수 있다.
상기 강제 방전 회로부는, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 양 단 사이에 연결되는 강제 방전 스위치를 포함할 수 있다.
상기 방전 스위치는, 상기 강제 방전 개시신호에 따라 스위치 온(on) 동작을 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 강제 방전 개시신호의 출력에 따라 일부 배터리 모듈의 방전량이 설정된 기준 방전량에 도달하는 경우 또는 배터리 팩의 온도가 설정된 제2 기준 온도에 도달하는 경우 강제 방전 종료신호를 출력할 수 있다.
상기 강제 방전 스위치는, 상기 강제 방전 종료신호에 따라 스위치 오프(off) 동작을 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 강제 방전 회로부에 의해 상기 일부 배터리 모듈의 방전이 일어남에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태가 제1 기준량 이상 차이가 나는 경우 상기 밸런싱 개시신호를 출력할 수 있다.
상기 밸런싱부는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 양 단에 사이에 연결되는 밸런싱 스위치를 포함할 수 있다.
상기 밸런싱 스위치는, 상기 밸런싱 개시신호에 따라 스위치 온(on) 동작을 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 밸런싱 개시신호의 출력에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태의 차이가 설정된 제2 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력할 수 있다.
상기 밸런싱 스위치는, 상기 밸런싱 종료신호에 따라 스위치 오프(off) 동작을 수행할 수 있다.
상기 배터리 상태 측정부는, 상기 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 센서를 포함할 수 있다.
상기 배터리 상태 측정부는, 상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출하는 SOC 산출부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 시스템은, 상기 배터리 예열 시스템; 및 상기 배터리 예열 시스템과 연결된 배터리 팩을 포함하는 형태로 구현된다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상기 자동차용 전력공급 시스템; 및 상기 배터리 팩으로부터 시동에 필요한 전력을 공급 받는 스타터를 포함하는 형태로 구현된다.
한편, 상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 배터리 예열방법에 의해서도 달성될 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 배터리 예열방법은, 배터리 팩의 온도와 설정된 제1 기준 온도를 비교하는 단계; 상기 배터리 팩의 온도가 상기 제1 기준 온도보다 낮은 경우 강제 방전 개시신호를 출력하는 단계; 및 상기 강제 방전 개시신호에 따라 상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태가 설정된 제1 기준량 이상 차이가 나는 경우 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 배터리 예열방법은, 상기 강제 방전 개시신호가 출력됨에 따라 배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도에 도달하거나 일부 배터리 모듈의 방전량이 설정된 기준 방전량에 도달하는 경우 강제 방전 종료신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 예열방법은, 상기 밸런싱 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태의 차이가 설정된 제2 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 예열방법은, 복수의 배터리 모듈을 구비하는 배터리 팩을 예열하는 방법에 관한 것으로서, 배터리 팩을 이루는 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC)를 조회하는 단계; 측정된 각 배터리 모듈의 SOC에 기초하여 배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 있는지 여부를 판단하는 단계; 배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 존재하는 경우, 배터리 모듈들 사이의 SOC를 밸런싱 하기 위해 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계; 및 배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 존재하지 않는 경우, 우선 배터리 모듈들 사이의 충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력한 다음, 배터리 모듈들 사이의 SOC를 밸런싱 하기 위한 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계;를 포함하는 형태로도 구현될 수 있다.
충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력하는 단계는, 강제 방전 개시신호를 출력함으로써 배터리 팩을 이루는 적어도 하나의 배터리 모듈이 강제적으로 방전되도록 하는 단계일 수 있다.
충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력하는 단계는, 배터리 팩을 이루는 적어도 하나의 배터리 모듈에 대한 강제 충전 개시신호를 출력하는 단계일 수 있다.
충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력하는 단계는, 강제 충전 개시신호를 출력함으로써 배터리 팩을 이루는 적어도 하나의 배터리 모듈이 강제적으로 충전되도록 하는 단계일 수 있다.
상기 배터리 예열방법은 배터리 팩의 온도를 제1 기준 온도와 비교하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 밸런싱 개시신호 또는 충전 불균형을 유발하기 위한 신호는 배터리 팩의 온도가 제1 기준 온도보다 더 낮은 경우에 출력될 수 있다.
상기 배터리 예열방법은, 배터리 팩의 온도를 측정하는 단계; 및 배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도에 도달하는 경우 밸런싱 종료 신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 예열방법은, 배터리 모듈 사이의 충전량의 차이가 기준량에 도달하는 경우 강제 방전 종료신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 예열방법은, 밸런싱 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 사이의 SOC 차이가 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 자동차용 전력공급 시스템에 큰 변화를 주지 않으면서도 배터리 자체의 발열을 이용하여 자동차의 저온 시동성을 크게 개선시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템과 연결되는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 강제 방전 회로부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 배터리 팩 및 강제 방전 회로부가 결합된 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템과 연결되는 배터리 팩을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 강제 방전 회로부를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 배터리 팩 및 강제 방전 회로부가 결합된 형태를 나타내는 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)은 온도 측정부(11), 배터리 상태 측정부(12), 제어부(13), 강제 방전 회로부(14) 및 밸런싱부(15)를 포함한다.
상기 온도 측정부(11)는 차량의 스타터(S)와 연결된 배터리 팩(P)의 온도를 측정하는 것으로서, 배터리 팩(P)의 특정 위치에 부착되어 온도를 센싱한다. 이러한 온도 센싱은, 온도가 일정 온도 미만(예를 들어 0℃ 미만)으로 떨어지는 경우 출력 특성이 나빠지는 리튬이온 이차전지로 이루어진 배터리 팩(P)의 온도를 모니터링 하여 배터리 팩(P)에 대한 예열 개시 시점을 결정할 수 있도록 하기 위해 수행되는 것이다. 한편, 상기 배터리 팩(P)은, 예를 들어 병렬로 연결된 복수의 리튬이온 이차전지 셀(미도시)로 이루어지는 배터리 모듈(M, 도 2 참조)이 직렬로 복수개 연결되어 구현되는 것일 수 있다.
상기 온도 측정부(11)에 의해 센싱된 온도에 관한 정보는 제어부(13)에 전달되어 배터리 팩(P)의 충전 상태, 즉 SOC를 측정하기 위한 자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 강제 방전 회로부(13)의 동작 여부를 결정하기 위한 자료로서도 활용될 수 있다.
상기 배터리 상태 측정부(12)는 배터리 팩(P)을 이루는 복수의 배터리 모듈(M, 도 2 참조) 각각의 충전 상태를 측정하는 것으로서, 측정된 충전 상태에 관한 정보는 후술할 제어부(13)가 밸런싱 개시신호를 출력할 시점을 결정하는데 이용된다.
상기 배터리 상태 측정부(12)는 배터리 모듈(M) 각각의 전압을 측정하는 전압 센서(미도시)를 포함하는 개념이다. 상기 배터리 상태 측정부(12)에서 측정된 전압 값을 포함하는 정보는 제어부(13)에서 배터리 모듈(M)의 SOC를 산출하기 위한 자료로 활용될 수 있다.
다만, 이러한 SOC의 산출은, 제어부(13)에서 이루어지지 않고, 배터리 상태 측정부(12)에서 직접 이루어질 수도 있는 것이다. 이 경우, 상기 배터리 상태 측정부(12)는, 전압 센서에 의해 측정된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈(M) 각각의 SOC를 산출하는 SOC 산출부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 SOC 산출부는, SOC의 정확한 산출을 위해서 온도 측정부(11)를 통해 측정된 온도에 관한 정보를 추가적으로 활용할 수도 있다.
상기 제어부(13)는 온도 측정부(11)에서 측정된 온도를 참조하여 강제 방전 개시신호를 출력함으로써 복수의 배터리 모듈(M) 중 일부가 방전되도록 하고, 또한 복수의 배터리 모듈(M) 각각의 충전 상태, 즉 SOC를 참조하여 밸런싱 개시신호를 출력함으로써 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태가 균일해지도록 한다.
좀 더 구체적으로, 상기 제어부(13)는 온도 측정부(11)에서 측정된 배터리 팩(P)의 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮아지는 경우 배터리 팩(P)의 예열을 위해 일부 배터리 모듈(M)에 대한 강제 방전 개시신호를 출력한다.
이러한 강제 방전 개시신호가 출력되는 기준 온도는, 배터리의 스펙(예를 들어, 배터리의 종류, 용량 등), 배터리가 사용되는 환경(예를 들어, 해당 지역의 연평균 기온 등) 등에 따라 적절히 정해질 수 있는 것으로서, 0℃, 혹은 -5℃ 등으로 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 상기 제어부(13)는 강제 방전 개시신호의 출력 이후 일정 시간이 경과하면 강제 방전 종료신호를 출력함으로써 강제 방전이 종료되도록 하는데, 이러한 강제 방전 종료신호의 출력 시점은 예를 들어 배터리 팩(P)의 온도 또는 배터리 모듈(M)의 방전량에 따라 결정될 수 있다.
즉, 상기 제어부(13)는 배터리 팩(P)에 대한 예열이 진행됨에 따라 배터리 팩(P)의 온도가 설정된 제2 기준 온도에 도달하는 경우 또는 배터리 모듈(M)의 방전량이 설정된 기준 방전량에 도달하는 경우 예열이 끝나거나 배터리 모듈(M) 간의 충전량 불균형의 유발이 끝난 것으로 판단하여 강제 방전 종료신호를 출력할 수 있다. 여기서, 상기 제2 기준 온도는 앞서 설명한 제1 기준 온도보다 높은 값을 갖도록 설정된다.
한편, 상기 강제 방전 종료신호가 배터리 팩(P)의 온도에 따라 출력되는 경우, 이러한 기준 온도(제2 기준 온도)는 배터리의 스펙, 사용 환경 등에 따라 적절히 정해질 수 있는 것으로서, 예를 들어 앞서 설명한 제1 기준 온도보다 약 2℃ 정도 높게 또는 약 3℃ 정도 높게 설정될 수 있다.
마찬가지로, 상기 강제 방전 종료신호가 배터리 모듈의 방전량에 따라 출력되는 경우, 이러한 기준 방전량 역시 배터리의 스펙, 사용 환경 등에 따라 적절히 정해질 수 있다. 즉, 방전량이 동일한 경우라도 배터리의 스펙, 사용 환경 등에 따라 배터리 팩의 온도 상승 정도는 달라질 수 있는 것이므로, 이러한 사정을 고려하여 기준 방전량을 설정할 수 있는 것이다.
한편, 이러한 기준 온도(특히, 제1 기준 온도)와 기준 방전량 사이의 관계는, 예를 들어, 미리 설정된 룩업 테이블(lok-up table)을 통해 반영될 수 있다. 즉, 제1 기준 온도가 낮게 설정될수록, 배터리 모듈(M) 사이의 충전량 불균형 유발을 위한 강제 방전의 양은 더 많아져야 하는 것이다. 예를 들어, 제1 기준 온도가 -5℃이고 적용된 배터리 팩이 원활하게 작동할 수 있는 최소 온도가 0℃에 해당하는 경우에 요구되는 방전량은 대략 SOC 20%에 해당하며, 제1 기준 온도가 더 낮게 설정되는 경우에는 기준 방전량이 20% 보다 더 많은 양으로 설정되어야 할 것이다.
또한, 상기 제어부(13)는 강제 방전으로 인해 충전 상태 불균형이 유발됨으로써 복수의 배터리 모듈(M) 간의 충전 상태, 즉 SOC가 설정된 제1 기준량 이상 차이가 나는 경우 밸런싱 개시신호를 출력함으로써 배터리 모듈(M) 간의 SOC 차이가 감소되도록 하고, 밸런싱의 진행에 따라 이러한 SOC 차이가 제2 기준량 미만이 되면 밸런싱 종료신호를 출력한다.
예를 들어, 제1 기준량이 SOC 20% 이고, 제2 기준량이 SOC 10% 에 해당하는 경우라면, 충전 상태 불균형의 정도가 SOC 20% 에 이르렀을 때 밸런싱이 시작되고, 밸런싱이 진행됨에 따라 충전 상태 불균형의 정도가 SOC 10% 로 감소되면 밸런싱이 종료될 수 있다.
여기서, 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태 차이가 제1 기준량 이상이라는 것은 각각 최대 SOC 및 최소 SOC를 나타내는 배터리 모듈(M) 간의 SOC 차이가 제1 기준량 이상인 경우, 임의로 지정한 2개의 배터리 모듈 간의 SOC 차이가 제1 기준량 이상인 경우, 또는 모든 배터리 모듈의 SOC 들의 표준편차가 제1 기준량 이상인 경우 등을 의미하는 것으로서, 필요에 따라 다양하게 지정 가능하며, 이는 제2 기준량의 경우도 마찬가지이다.
또한, 여기서 제1 기준량은 앞서 언급한 기준 방전량과 같거나 그보다 작은 값을 갖도록 설정되는 것이 바람직하다. 이는 일부 배터리 모듈(M)이 강제 방전됨에 따라 밸런싱이 수행되어 나머지 배터리 모듈(M)에 대해서도 방전이 일어나도록 하기 위함이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 강제 방전 회로부(14)는 일부 배터리 모듈(M)의 양 단 사이에 연결되는 강제 방전 스위치(14a)를 포함하며, 강제 방전 시에 과전류가 흐르지 않도록 하기 위한 방전 저항(14b)을 더 포함할 수도 있다. 본 발명의 도면(도 4)에서는 이러한 강제 방전 회로부(14)가 하나의 배터리 모듈(M)에만 연결된 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 강제 방전 스위치(14a)는 제어부(13)로부터 출력된 강제 방전 개시신호에 따라 스위치 온(on) 동작을 수행함으로써 일부 배터리 모듈(M)의 SOC가 감소되도록 하고, 강제 방전 종료신호에 따라 스위치 오프(off) 동작을 수행함으로써 방전이 중단되도록 한다. 일부 배터리 모듈(M)에 대한 이러한 강제 방전은 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 모듈(M)의 SOC 감소량이 설정된 기준 방전량에 도달하거나, 배터리 팩(P)의 온도가 설정된 제2 기준 온도에 도달할 때까지 지속된다.
상기 강제 방전 회로부(14)를 통한 일부 배터리 모듈(M)에 대한 강제 방전은 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태 불균일을 유발하고, 이에 따라 밸런싱이 수행되도록 함으로써 모든 배터리 모듈(M)이 예열될 수 있도록 한다.
상기 밸런싱부(15)는 강제 방전에 의해 복수의 배터리 모듈(M) 간의 충전 상태의 차이가 설정된 기준량 이상이 되는 경우 충전 상태를 균일하게 하는 역할을 한다.
이러한 밸런싱은, 예를 들어, 다른 배터리 모듈(M)보다 충전량이 비교적 많은 배터리 모듈(M)을 방전 시킴으로써 SOC를 감소시키는 방식으로 이루어질 수 있다. 이러한 방식에 따라 밸런싱이 수행되도록 하기 위해, 상기 밸런싱부(15)는 앞서 설명한 강제 방전 회로부(14)와 유사한 방전회로의 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기 밸런싱부(15)는 각각의 배터리 모듈(M) 사이에 연결되어 밸런싱 개시신호 및 밸런싱 종료신호에 따라 스위치 온(on)/오프(off) 동작을 수행하는 밸런싱 스위치(미도시)를 포함할 수 있고, 방전 시에 과전류가 발생되지 않도록 하기 위한 저항(미도시)을 더 포함할 수도 있는 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 밸런싱 스위치는 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태의 차이가 제1 기준량 이상이 되면 스위치 온(on) 동작을 수행하고, 밸런싱이 이루어짐에 따라 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태의 차이가 제2 기준량 미만이 되면 스위치 오프(off) 동작을 수행하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)은 배터리 팩(P)의 온도가 기준 온도 미만으로 떨어지는 경우 일부 배터리 모듈(M)을 강제로 방전시키고 이로 인해 밸런싱이 유발되도록 함으로써 배터리 팩(P)이 예열될 수 있도록 한다. 따라서, 이러한 배터리 예열 시스템(10)과 배터리 팩(P)이 결합되어 구현되는 자동차용 전력공급 시스템은, 배터리 팩(P)의 예열을 통해 자동차의 스타터(S)에 충분한 전력을 공급할 수 있게 되고, 이로써 자동차는 우수한 저온 시동성을 확보할 수 있게 된다.
다음은, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열방법을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열방법은 앞서 설명한 배터리 예열 시스템(10)을 이용하여 배터리 팩(P)을 예열하는 방법에 관한 것으로서, 온도 비교 단계, 강제 방전 개시신호 출력 단계 및 밸런싱 개시신호 출력 단계를 포함한다.
상기 온도 비교 단계는, 온도 측정부(11)에 의해 측정된 배터리 팩(P)의 온도를 설정된 기준 온도와 비교하는 단계이다.
상기 강제 방전 개시신호 출력 단계는, 측정된 배터리 팩(P)의 온도를 설정된 기준 온도와 비교하고, 비교 결과, 측정된 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 일부 배터리 모듈(M)을 방전시키기 위해 강제 방전 개시신호를 출력하는 단계이다.
이러한 강제 방전 개시신호가 출력되는 경우, 강제 방전 회로부(14)의 강제 방전 스위치(14a)는 스위치 온(on) 동작을 수행함으로써 배터리 모듈(M)의 SOC가 설정된 기준 방전량만큼 감소되도록 한다.
상기 밸런싱 개시신호 출력 단계는, 강제 방전 개시신호에 따라 일부 배터리 모듈(M)의 SOC가 감소됨으로써 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태가 설정된 제1 기준량 이상 차이가 나는 경우 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태가 균일해지도록 하기 위해 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계이다.
이러한 밸런싱 개시신호가 출력되는 경우, 밸런싱 회로부(15)는 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태가 균일해지도록 밸런싱 동작을 수행하게 된다.
한편, 상기 배터리 예열방법은, 설정된 기준 방전량 이상으로 방전이 이루어진 경우 강제 방전 종료신호를 출력하는 단계 및 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태의 차이가 설정된 제2 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력하는 단계를 더 포함함으로써 적절한 시점에 강제 방전 및 밸런싱이 종료되도록 할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열방법은, 앞서 설명한 바와 같이, 일정 조건 하에서 일부 배터리 모듈(M)의 강제 방전을 일으켜 배터리 팩(P)에 대한 밸런싱 동작을 유발함으로써 배터리 팩(P)이 예열될 수 있도록 하며, 이로써 자동차가 우수한 저온 시동성을 가질 수 있도록 한다.
다음은, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열방법을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열방법은, 앞서 설명한 배터리 예열 시스템(10)을 이용하는 배터리 예열방법으로서, 배터리 팩을 이루는 각각의 배터리 모듈에 대한 SOC를 측정하는 단계 및 배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
배터리 모듈 사이의 충전 불균형이 존재하는 경우, 상기 방법은 배터리 모듈들 사이의 SOC를 밸런싱 하기 위한 밸런싱 개시 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 존재하지 않는 경우, 상기 방법은 배터리 모듈들 사이의 충전 불균형을 유발하는 신호를 출력하는 단계 및 그 후 배터리 모듈들 사이의 SOC 밸런싱을 위한 밸런싱 개시 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
배터리 팩을 이루는 각각의 배터리 모듈에 대한 SOC를 측정하는 단계는, 배터리 상태 측정부(12)를 이용하여 각각의 배터리 모듈(M)에 대한 SOC를 측정하는 단계에 해당한다.
배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 있는지 여부를 판단하는 단계는, 배터리 모듈(M) 사이에 충전 불균형이 있는지 여부를 결정하기 위해 제어부(13)에 의해 각각의 배터리 모듈(M)에 대한 SOC를 비교하는 단계에 해당한다.
충전 불균형이 존재하는 경우, 배터리 모듈(M)들 사이의 SOC를 균일하게 만들기 위해 배터리 모듈(M)들 사이의 SOC 밸런싱을 위한 밸런싱 개시 신호가 출력된다. 이러한 밸런싱 개시 신호가 출력되면, 밸런싱 회로부(15)는 배터리 모듈(M)들 사이의 SOC를 균일하게 하기 위해 밸런싱을 수행한다.
충전 불균형이 존재하지 않는 경우, 제어부(15)에 의해 충전 불균형을 유발하기 위한 신호가 출력되고 그런 다음 밸런싱 개시 신호가 출력된다. 충전 불균형을 유발하는 신호는, 배터리 팩(P)을 이루는 하나 이상의 배터리 모듈(M)에 대한 강제 방전 개시신호에 해당하는 것이다. 상기 강제 방전 개시신호가 출력되는 경우, 하나 이상의 배터리 모듈(M)에 대한 강제 방전 회로(14)의 강제 방전 스위치(14a)는 하나 이상의 배터리 모듈에 대한 SOC가 감소될 수 있도록 스위치 온(On) 동작을 수행한다.
충전 불균형의 유발을 위한 방안으로는 배터리 팩(P)을 이루는 하나 이상의 배터리 모듈(M)에 대한 강제 방전 개시신호의 출력을 포함하는 다양한 방안이 있을 수 있음을 이해해야 한다. 충전 불균형의 유발을 위해, 어떤 경우에는, 하나 이상의 배터리 모듈(M)에 대해 강제 방전을 시키고, 하나 이상의 배터리 모듈(M)에 대해서는 강제 충전을 시키는 것이 바람직할 수도 있는 것이다.
이처럼, 적어도 일부의 배터리 모듈(M)이 강제 충전이 되도록 함으로써 충전상태의 불균형을 유발하고자 하는 경우, 배터리 모듈을 충전시키기 위해, 예를 들어, 배터리 예열 시스템(10)의 외부로부터 전력을 공급하는 별도의 충전기를 이용할 수 있다.
충전 불균형이 유발되면, 상술한 바와 같이, 밸런싱 개시 신호가 출력될 수 있다.
한편, 상기 배터리 예열 방법은, 충전 불균형의 정도가 기준량에 도달하는 경우 충전 불균형의 유발을 중단시키기 위한 종료 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있고, 배터리 모듈(M)들 사이의 SOC 차이가 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료 신호를 출력하는 단계가 수행될 수 있으며, 이로써 적절한 시점에 강제 방전 및 밸런싱을 종료시킬 수 있다.
아울러, 배터리 팩의 온도를 측정하는 단계가 수행되는 경우, 밸런싱 종료 신호의 출력이 이처럼 배터리 모듈의 충전량에 따라 이루어지는 대신, 배터리 팩의 온도가 기준 온도에 도달하는 경우 밸런싱 종료 신호의 출력이 수행될 수도 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 각 구성요소들은 물리적으로 구분되는 구성요소라기 보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명의 각각의 구성요소들은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성에 따른 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 한다. 뿐만 아니라, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭의 일치 여부와 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (27)

  1. 자동차의 배터리 팩을 이루는 배터리 모듈 각각의 충전 상태를 측정하는 배터리 상태 측정부;
    선택적으로, 강제 방전 개시신호 및 밸런싱 개시신호를 출력하는 제어부;
    상기 강제 방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈을 강제 방전시키는 강제 방전 회로부; 및
    상기 밸런싱 개시신호에 따라 상기 배터리 모듈 각각의 충전량을 밸런싱하는 밸런싱부를 포함하는 배터리 예열 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 예열 시스템은 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 온도 측정부에서 측정된 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 강제 방전 개시신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강제 방전 회로부는,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 양 단 사이에 연결되는 강제 방전 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방전 스위치는,
    상기 강제 방전 개시신호에 따라 스위치 온(on) 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 강제 방전 개시신호의 출력에 따라 일부 배터리 모듈의 방전량이 설정된 기준 방전량에 도달하는 경우 또는 배터리 팩의 온도가 설정된 제2 기준 온도에 도달하는 경우 강제 방전 종료신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강제 방전 스위치는,
    상기 강제 방전 종료신호에 따라 스위치 오프(off) 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 강제 방전 회로부에 의해 상기 일부 배터리 모듈의 방전이 일어남에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태가 제1 기준량 이상 차이가 나는 경우 상기 밸런싱 개시신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밸런싱부는,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 양 단에 사이에 연결되는 밸런싱 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 밸런싱 스위치는,
    상기 밸런싱 개시신호에 따라 스위치 온(on) 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸런싱 개시신호의 출력에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태의 차이가 설정된 제2 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밸런싱 스위치는,
    상기 밸런싱 종료신호에 따라 스위치 오프(off) 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 상태 측정부는,
    상기 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 상태 측정부는,
    상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출하는 SOC 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 예열 시스템; 및
    상기 배터리 예열 시스템과 연결된 배터리 팩을 포함하는 자동차용 전력공급 시스템.
  16. 제15항에 따른 자동차용 전력공급 시스템; 및
    상기 배터리 팩으로부터 시동에 필요한 전력을 공급 받는 스타터를 포함하는 자동차.
  17. 배터리 팩의 온도와 설정된 제1 기준 온도를 비교하는 단계;
    상기 배터리 팩의 온도가 상기 제1 기준 온도보다 낮은 경우 강제 방전 개시신호를 출력하는 단계; 및
    상기 강제 방전 개시신호에 따라 상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태가 설정된 제1 기준량 이상 차이가 나는 경우 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계를 포함하는 배터리 예열방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 예열방법은,
    상기 강제 방전 개시신호가 출력됨에 따라 배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도에 도달하거나 일부 배터리 모듈의 방전량이 설정된 기준 방전량에 도달하는 경우 강제 방전 종료신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배터리 예열방법은,
    상기 밸런싱 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태의 차이가 설정된 제2 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
  20. 복수의 배터리 모듈을 구비하는 배터리 팩을 예열하는 방법으로서,
    배터리 팩을 이루는 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC)를 조회하는 단계;
    측정된 각 배터리 모듈의 SOC에 기초하여 배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 있는지 여부를 판단하는 단계;
    배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 존재하는 경우, 배터리 모듈들 사이의 SOC를 밸런싱 하기 위해 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계; 및
    배터리 모듈들 사이에 충전 불균형이 존재하지 않는 경우, 우선 배터리 모듈들 사이의 충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력한 다음, 배터리 모듈들 사이의 SOC를 밸런싱 하기 위한 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계;를 포함하는 배터리 예열방법.
  21. 제20항에 있어서,
    충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력하는 단계는,
    강제 방전 개시신호를 출력함으로써 배터리 팩을 이루는 적어도 하나의 배터리 모듈이 강제적으로 방전되도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
  22. 제21항에 있어서,
    충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력하는 단계는,
    배터리 팩을 이루는 적어도 하나의 배터리 모듈에 대한 강제 충전 개시신호를 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
  23. 제20항에 있어서,
    충전 불균형을 유발하기 위한 신호를 출력하는 단계는,
    강제 충전 개시신호를 출력함으로써 배터리 팩을 이루는 적어도 하나의 배터리 모듈이 강제적으로 충전되도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 예열방법은 배터리 팩의 온도를 제1 기준 온도와 비교하는 단계를 더 포함하며,
    밸런싱 개시신호 또는 충전 불균형을 유발하기 위한 신호는 배터리 팩의 온도가 제1 기준 온도보다 더 낮은 경우에 출력되는 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
  25. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 예열방법은,
    배터리 팩의 온도를 측정하는 단계; 및
    배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도에 도달하는 경우 밸런싱 종료 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
  26. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 예열방법은,
    배터리 모듈 사이의 충전량의 차이가 기준량에 도달하는 경우 강제 방전 종료신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 방법.
  27. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 예열방법은,
    밸런싱 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 사이의 SOC 차이가 기준량 미만이 되는 경우 밸런싱 종료 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열방법.
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