WO2021060769A1 - 배터리 관리 장치 - Google Patents

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WO2021060769A1
WO2021060769A1 PCT/KR2020/012507 KR2020012507W WO2021060769A1 WO 2021060769 A1 WO2021060769 A1 WO 2021060769A1 KR 2020012507 W KR2020012507 W KR 2020012507W WO 2021060769 A1 WO2021060769 A1 WO 2021060769A1
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cell
battery
converter
charging
inductor
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PCT/KR2020/012507
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송현진
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus, and more particularly, to a battery management apparatus that determines whether each of a plurality of battery cells is deteriorated.
  • the deterioration of the battery may proceed due to various factors.
  • One of the measures by which the degree of deterioration of such a battery can be estimated is the internal resistance of the battery. Conventionally, methods for estimating aging of a battery using internal resistance of the battery have been proposed.
  • Patent Document 1 is a battery aging diagnosis method and system, which models an equivalent circuit model consisting of a voltage source, an internal resistance, and a Warburg impedance as a battery, and diagnoses the aging of the battery based on the modeled internal resistance of the battery. .
  • Patent Document 1 configures the method of diagnosing battery aging differently depending on the presence or absence of external resistance, there is a problem that requires a separate process of determining the presence or absence of external resistance before diagnosing the aging/deterioration of the battery. have.
  • Patent Document 1 diagnoses the aging of the battery based on the internal resistance of the battery modeled using the cyclic least squares method, etc., so there is a problem that a lot of time and system resources are required for aging diagnosis.
  • Patent Document 1 KR 10-2019-0035441 A
  • the present invention has been conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery management apparatus capable of determining whether or not the battery cells are deteriorated according to the internal resistance of each of the battery cells in the process of charging and discharging a plurality of battery cells. It is done.
  • a battery management apparatus includes a measuring unit configured to measure voltages of each of a plurality of battery cells; A converter connected to corresponding battery cells among the plurality of battery cells and configured to form a charge/discharge path between the connected battery cells according to an operation state of a switch provided therein; And receiving voltage values of each of the plurality of battery cells from the measuring unit, controlling an operation state of a switch provided in the converter, and a voltage change rate of the charging cell charged by the converter according to the operation state control of the switch. And a control unit configured to determine whether the charging cell is deteriorated based on the calculated voltage change rate.
  • the control unit obtains an initial voltage value of the charging cell from the measurement unit, calculates a voltage change rate of the charging cell based on the initial voltage value for a predetermined time, and compares the calculated voltage change rate with a reference ratio. According to, it may be configured to determine whether the charging cell is deteriorated.
  • a plurality of converters may be provided to be connected to corresponding battery cells among the plurality of battery cells.
  • the control unit may be configured to control an operation state of a switch provided in each of the plurality of converters, and to determine whether each charging cell charged by the plurality of converters is deteriorated.
  • the control unit may be configured to sequentially control an operation state of switches provided in the plurality of converters to a turn-on state to determine whether each of the plurality of battery cells is deteriorated.
  • the controller may be configured to select one target converter from among the plurality of converters at each predetermined time, and to control an operation state of a switch provided in the selected target converter to a turn-on state.
  • the converter includes: a first circuit in which the switch, a discharge cell corresponding to the charging cell, and a first inductor are connected in series; And a second circuit in which the charging cell and a second inductor corresponding to the first inductor are connected in series.
  • the second circuit may be configured to charge the charging cell by using the induced electromotive force of the second inductor induced by the first inductor when the operating state of the switch is controlled to be a turn-on state.
  • the second circuit further includes a third inductor connected in series between the second inductor and the charging cell, and when the operation state of the switch is changed from a turn-on state to a turn-off state, the second inductor It may be configured to charge the charging cell by using the induced electromotive force of the third inductor induced by the change of the induced electromotive force of.
  • the measuring unit may be configured to measure a charging current for the charging cell.
  • the control unit may be configured to control an operating state of the switch so that the magnitude of the charging current measured by the measuring unit is included within a predetermined current range.
  • a battery management apparatus is connected between the plurality of battery cells and the converter, receives a cell selection command from the control unit, and some batteries among the plurality of battery cells based on the received cell selection command. It may further include a cell selector configured to connect cells to the converter.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include a battery management apparatus according to the present invention.
  • a rapid change in charging current is prevented by using a plurality of inductors, so that deterioration of a battery cell based on a rapid change in charging current can be prevented in advance.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection configuration between a converter and a battery cell of a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a current flow when an operation state of a switch provided in a first circuit is a turn-on state in the connection configuration of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a current flow when an operation state of a switch provided in a first circuit is changed from a turn-on state to a turn-off state in the connection configuration of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a change in current over time in the example of the current flow shown in FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a battery pack including a battery management apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of current flow in the battery pack shown in FIG. 8.
  • control unit when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
  • terms such as a control unit described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a battery pack 1 including a battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram schematically showing the configuration of a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a diagram schematically showing a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 may include a battery module 10 and a battery management device 100.
  • the battery module 10 may be a cell assembly including one or more battery cells.
  • the battery cell means one independent cell that has a negative terminal and a positive terminal, and is physically separable.
  • one pouch-type lithium polymer cell may be regarded as a battery cell.
  • the battery module 10 When the battery module 10 includes a plurality of battery cells B1 to B3, the plurality of battery cells B1 to B3 may be connected in series and/or in parallel.
  • the battery module 10 may include a first battery cell B1, a second battery cell B2, and a third battery cell B3.
  • the number of battery cells that can be included in the battery module 10 is not limited, but hereinafter, for convenience of description, the battery module 10 includes a first battery cell B1, a second battery cell B2, and a third battery cell. It will be described only to include the battery cell (B3).
  • the positive terminal of the battery module 10 may be connected to the positive terminal P+ of the battery pack 1.
  • the negative terminal of the battery module 10 may be connected to the negative terminal P- side of the battery pack 1.
  • the battery management apparatus 100 may include a measurement unit 110, a converter 120, and a control unit 130.
  • the measurement unit 110 may be configured to measure the voltage of each of the plurality of battery cells B1 to B3.
  • the measurement unit 110 measures the voltages of each of the plurality of battery cells B1 to B3 by measuring the potentials at both ends of each of the plurality of battery cells B1 to B3 and calculating a difference between the measured potentials of both ends. can do.
  • the measurement unit 110 may be connected to each of the plurality of battery cells B1 to B3 through a plurality of connected sensing lines.
  • the measurement unit 110 is connected to the first battery cell B1 through the first sensing line SL1 and the second sensing line SL2, and the second sensing line SL2 and the third sensing line ( SL3) may be connected to the second battery cell B2.
  • the measurement unit 110 may be connected to the third battery cell B3 through the third sensing line SL3 and the fourth sensing line SL4.
  • the measurement unit 110 measures the positive potential of the first battery cell B1 through the first sensing line SL1, and the negative potential of the first battery cell B1 through the second sensing line SL2. Can be measured.
  • the measurement unit 110 may measure the voltage of the first battery cell B1 by calculating a difference between the measured positive potential and the negative potential of the first battery cell B1. In this way, the measurement unit 110 may measure the voltage of the second battery cell B2 and the voltage of the third battery cell B3.
  • the converter 120 may be configured to be connected to corresponding battery cells among the plurality of battery cells B1 to B3.
  • the converter 120 may be a DC-DC converter that receives and converts a DC current and outputs the converted DC current. That is, the converter 120 may be connected to a battery cell to receive a DC current and a battery cell to which the converted and output DC current is applied.
  • the converter 120 may be connected to the first battery cell B1 and the second battery cell B2 among the plurality of battery cells B1 to B3 shown in FIG. 1.
  • the converter 120 may receive a DC current from the first battery cell B1, convert the received DC current, and output the converted DC current to the second battery cell B2.
  • the converter 120 may be configured to form a charge/discharge path between connected battery cells according to an operation state of a switch provided therein.
  • the converter 120 may include a switch for turning on/off the operating state of the converter 120 therein.
  • the converter 120 may be connected to the first battery cell B1 and the second battery cell B2.
  • the converter 120 may receive a DC current from the first battery cell B1 only when the switch provided therein is in the turn-on state. Thereafter, the converter 120 may convert the DC current input from the first battery cell B1. In addition, the converter 120 may output the converted DC current to the second battery cell B2. In this process, the first battery cell B1 may be discharged and the second battery cell B2 may be charged.
  • the control unit 130 may be configured to receive voltage values of each of the plurality of battery cells B1 to B3 from the measurement unit 110.
  • control unit 130 may be electrically connected to the measurement unit 110. That is, the control unit 130 may be connected to the measurement unit 110 by wire and/or wirelessly, and may be configured to communicate with each other. Accordingly, the control unit 130 may receive measurement values measured by the measurement unit 110 from the measurement unit 110.
  • the measurement unit 110 and the control unit 130 may be connected through a wired line.
  • the measurement unit 110 may measure voltages of each of the plurality of battery cells B1 to B3 through a plurality of sensing lines, and transmit a voltage value of the measured voltage to the controller 130 in the form of a digital signal.
  • the controller 130 may receive a digital signal from the measurement unit 110 and interpret the digital signal to obtain a voltage value of each of the plurality of battery cells B1 to B3 measured by the measurement unit 110.
  • controller 130 may be configured to control an operating state of a switch provided in the converter 120.
  • control unit 130 may be electrically connected to the converter 120 as well as the measurement unit 110.
  • the converter 120 does not require a separate operating power, and may be turned on/off according to an operating state of a switch provided therein.
  • the controller 130 may be electrically connected to a switch provided in the converter 120. That is, the control unit 130 may transmit a signal to a switch provided in the converter 120 to control the operation state of the switch as a turn-on or turn-off state.
  • controller 130 may be configured to calculate a voltage change rate of the charging cell charged by the converter 120 according to the control of the operating state of the switch.
  • the charging cell may be a battery cell to which a DC current output from the converter 120 is applied. That is, in the previous embodiment, the second battery cell B2 may correspond to the charging cell.
  • the measurement unit 110 may continuously measure the voltage of the charging cell while the charging cell is being charged.
  • the controller 130 may receive the voltage value of the charging cell measured by the measurement unit 110 and calculate a voltage change rate while the charging cell is being charged.
  • the voltage change rate may be a rate at which the voltage of the charging cell changes during the charging time.
  • the control unit 130 may calculate a voltage change rate of how much the voltage of the charging cell increases compared to the initial stage of charging.
  • controller 130 may be configured to determine whether the charging cell is deteriorated based on the calculated voltage change rate.
  • the controller 130 may determine whether the charging cell is deteriorated based on the calculated absolute value of the voltage change rate.
  • the controller 130 may determine whether the internal resistance of the charging cell is increased by determining whether the charging cell is degraded based on the calculated voltage change rate, and estimate the internal resistance value of the charging cell.
  • the battery management device 100 can determine whether the battery cells are deteriorated or not, using a simple circuit configuration for charging and discharging the battery cells through the converter 120, as well as estimating the internal resistance value of the battery cells. There is an advantage to be able to.
  • the battery management apparatus 100 has the advantage of being able to easily estimate the internal resistance of the battery cell.
  • the controller 130 provided in the battery management apparatus 100 includes a processor known in the art, an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, and a register in order to execute various control logics performed in the present invention.
  • a communication modem, a data processing device, and the like may be optionally included.
  • the control unit 130 may be implemented as a set of program modules. In this case, the program module may be stored in a memory and executed by the controller 130.
  • the memory may store programs and data necessary for the controller 130 to determine whether the battery cells are deteriorated. That is, the memory may store data required for each component of the battery management apparatus 100 to perform an operation or function, a program, or data generated in a process of performing an operation or function.
  • the type of memory is not particularly limited as long as it is a known information storage means known to be capable of recording, erasing, updating and reading data.
  • the information storage means may include RAM, flash memory, ROM, EEPROM, register, and the like.
  • program codes in which processes executable by the controller 130 are defined may be stored in the memory.
  • the memory may be inside or outside the controller 130, and may be connected to the controller 130 by various well-known means.
  • the control unit 130 may be configured to obtain an initial voltage value of the charging cell from the measurement unit 110.
  • the controller 130 may obtain an initial voltage value of the charging cell in order to calculate a voltage change rate of the charging cell.
  • the controller 130 may obtain an initial voltage value of the charging cell from the measurement unit 110 after transmitting a turn-on command to a switch provided in the converter 120. More preferably, the control unit 130 transmits a turn-on command to the switch, and immediately after the time for the turn-on command to reach the switch elapses, the initial voltage of the charging cell from the measurement unit 110 You can get the value.
  • the controller 130 may be configured to calculate a voltage change rate of the charging cell based on the initial voltage value for a predetermined time.
  • the controller 130 may calculate a voltage change rate of the charging cell for a predetermined time based on the acquired initial voltage value. For example, if the initial voltage value of the charging cell acquired by the controller 130 is 3.0V, and the voltage of the charging cell is 3.3V after a predetermined time elapses, the controller 130 can calculate the voltage change rate as 10%. have.
  • controller 130 may be configured to determine whether the charging cell is deteriorated based on a result of comparing the calculated voltage change rate and the reference rate.
  • the reference ratio is a value stored in the control unit 130 or a separate storage unit, and is a preset ratio as a rate of voltage change when a BOL (Beginning of Life) battery cell that has not undergone deterioration is charged for the predetermined time. I can. Accordingly, the controller 130 may determine whether the battery cell is deteriorated by comparing the reference rate and the voltage change rate.
  • BOL Beginning of Life
  • controller 130 compares the reference ratio and the measured voltage change rate, and compares the current change amount when setting the reference ratio and the current change amount when charging the charging cell, and the internal resistance of the BOL battery cell The rate of increase in the internal resistance of the charging cell for can be estimated.
  • the controller 130 may estimate that the internal resistance of the charging cell is increased by about 2% compared to the internal resistance of the BOL battery cell. Accordingly, if the controller 130 knows the internal resistance of the BOL battery cell, the controller 130 may estimate the current internal resistance of the charging cell based on the voltage change rate while the charging cell is being charged.
  • the battery management apparatus 100 compares the reference ratio and the calculated voltage change rate to determine whether the charging cell is deteriorated, the charging cell is quickly charged even if the charging cell is not fully charged and is only charged for a predetermined period of time. It can be determined whether or not is deteriorated.
  • the battery management apparatus 100 has an advantage of being able to easily estimate an internal resistance value as well as whether a battery cell charged by the converter 120 is deteriorating.
  • the converter 120 may be configured to be provided in plural to be connected to corresponding battery cells among the plurality of battery cells B1 to B3.
  • Each of the plurality of converters 120a to 120c may be connected to corresponding battery cells among the plurality of battery cells B1 to B3.
  • each of the plurality of converters 120a to 120c may be connected to a battery cell for introducing a DC current and a battery cell for outputting the converted DC current. That is, the plurality of battery cells B1 to B3 may be connected to any one of the plurality of converters 120a to 120c by forming a pair of two battery cells.
  • the battery management apparatus 100 includes a first converter 120a and a second converter 120b. ) And a third converter 120c may be included.
  • the first converter 120a may be connected to the first battery cell B1 and the second battery cell B2. Specifically, the first converter 120a is connected to the first battery cell B1 through the first line CL1 and the second line CL2, and connects the third line CL3 and the fourth line CL4. Through it, it may be connected to the second battery cell B2. Here, the first converter 120a receives DC current from the first battery cell B1 through the first line CL1 and the second line CL2, and applies the converted DC current to the third line CL3 and It may be configured to output to the second battery cell B2 through the fourth line CL4.
  • the second converter 120b is connected to the second battery cell B2 through the fifth line CL5 and the sixth line CL6, and through the seventh line CL7 and the eighth line CL8. It may be connected to the third battery cell B3.
  • the third converter 120c is connected to the third battery cell B3 through the ninth line CL9 and the tenth line CL10, and through the eleventh line CL11 and the twelfth line CL12. It may be connected to the first battery cell B1.
  • the control unit 130 may be configured to control an operating state of a switch provided in each of the plurality of converters 120a to 120c.
  • each of the plurality of converters 120a to 120c may be provided with a switch capable of turning on/off the operating state of the converter 120.
  • the controller 130 may be electrically connected to a switch provided in each of the plurality of converters 120a to 120c to transmit a turn-on command or a turn-off command.
  • the controller 130 may transmit a signal to a switch provided inside the first converter 120a through the first command line C1.
  • the controller 130 may transmit a signal to a switch provided in the second converter 120b through the second command line C2.
  • the controller 130 may transmit a signal to a switch provided in the third converter 120c through the third command line C3.
  • the controller 130 outputs a turn-off signal through the first command line C1 and the third command line C3 and outputs a turn-on signal through the second command line C2.
  • the controller 130 Only the operation state of the second converter 120b is turned on, and a current of the second battery cell B2 may flow into the second converter 120b through the fifth line CL5 and the sixth line CL6.
  • the second converter 120b may output the converted current to the third battery cell B3 through the seventh line CL7 and the eighth line CL8.
  • the second battery cell B2 may be discharged and the third battery cell B3 may be charged. That is, the second battery cell B2 may be a discharge cell, and the third battery cell B3 may be a charging cell.
  • the controller 130 may be configured to determine whether each of the charging cells charged by the plurality of converters 120a to 120c is deteriorated.
  • the controller 130 transmits the turn-on command through any of the first command line C1, the second command line C2, and the third command line. All battery cells provided in the module 10 can be discharged and charged. In this case, the controller 130 may determine whether each of the plurality of battery cells B1 to B3 is deteriorated while each of the plurality of battery cells B1 to B3 is being charged.
  • the controller 130 may transmit a turn-on command through the first command line C1.
  • the controller 130 may determine whether the second battery cell B2, which is a charging cell, is deteriorated. Thereafter, the controller 130 may transmit a turn-on command through the third command line C3.
  • the control unit 130 may determine whether the first battery cell B1, which is a charging cell, is deteriorated.
  • the battery management device 100 controls the operation state of the switches provided in each of the plurality of converters 120a to 120c, so that it is possible to determine whether each of the plurality of battery cells B1 to B3 is deteriorated without a complicated circuit configuration. There is an advantage.
  • the battery management device 100 can independently control the switches provided in the plurality of converters 120a to 120c, it is possible to selectively and independently determine whether each of the plurality of battery cells B1 to B3 is deteriorated. There is an advantage to be able to.
  • the control unit 130 may be configured to sequentially control the operating states of switches provided in the plurality of converters 120a to 120c to a turn-on state.
  • the controller 130 may control operating states of switches provided in the plurality of converters 120a to 120c according to the sequence of identification numbers of the plurality of converters 120a to 120c. For example, the control unit 130 sequentially operates the first converter 120a, the second converter 120b, and the third command line C1, the second command line C2, and the third command line C3. The operating states of switches provided in the converter 120c may be sequentially controlled.
  • control unit 130 may sequentially control the plurality of converters 120a to 120c so that they are not repeatedly controlled. That is, the sequential control in this case may mean that switches provided in each of the plurality of converters 120a to 120c are not overlapped and are controlled only once.
  • the control unit 130 transmits a turn-on command several times through the first command line C1, and through the second command line C2 and the third command line C3, Assuming that the turn-on command is transmitted only once, the capacity and degree of degradation between the first battery cell B1, the second battery cell B2, and the third battery cell B3 may be different. Accordingly, the control unit 130 may be configured to transmit a turn-on command to the switches provided in each of the plurality of converters 120a to 120c without overlapping once.
  • the control unit 130 outputs a turn-on signal through the first command line C1 to set the operating state of the switch provided in the first converter 120a to the turn-on state.
  • the controller 130 outputs a turn-off signal through the first command line C1 to turn off the operation state of the switch provided in the first converter 120a.
  • the controller 130 may output a turn-on signal through the second command line C2 to control an operation state of the switch provided in the second converter 120b to a turn-on state.
  • the controller 130 outputs a turn-off signal through the second command line C2 to turn off the operation state of the switch provided in the second converter 120b. Can be controlled by
  • the controller 130 may output a turn-on signal through the third command line C3 to control an operation state of a switch provided in the third converter 120c to a turn-on state.
  • the control unit 130 outputs a turn-off signal through the second command line C3 to turn off the operation state of the switch provided in the third converter 120c. Can be controlled by
  • control unit 130 sequentially outputs the turn-on signal through different command lines at predetermined time intervals, thereby turning on the operating state of the switches provided in each of the plurality of converters 120a to 120c. It can be controlled in a state or turn-off state.
  • each of the plurality of battery cells B1 to B3 can perform charging and discharging at least once.
  • the control unit 130 since the number of times of charging and discharging of the plurality of battery cells B1 to B3 are kept the same, the performance deviation of each of the plurality of battery cells B1 to B3 can be minimized. I can.
  • control unit 130 may be configured to determine whether each of the plurality of battery cells B1 to B3 is deteriorated.
  • the controller 130 may sequentially control the operating states of switches provided in the plurality of converters 120a to 120c to determine whether a corresponding charging cell is deteriorated.
  • the control unit 130 when the control unit 130 outputs a turn-on signal through the first command line C1, the second battery cell B2 is charged by the first converter 120a, The controller 130 may determine whether the second battery cell B2 is deteriorated. In addition, the controller 130 may output a turn-off signal through the first command line C1.
  • the control unit 130 may determine whether the third battery cell B3 is deteriorated. In addition, the controller 130 may output a turn-off signal through the second command line C2.
  • the controller 130 may determine whether the first battery cell B1 is deteriorated. In addition, the controller 130 may output a turn-off signal through the third command line C3.
  • the controller 130 can sequentially determine whether each of the plurality of battery cells B1 to B3 provided in the battery module 10 is deteriorated by sequentially outputting a turn-on signal through a plurality of command lines. have.
  • the battery management apparatus 100 sequentially outputs signals for controlling switches provided in each of the plurality of converters 120a to 120c, thereby minimizing the performance deviation of the plurality of battery cells B1 to B3, while minimizing the performance deviation of the plurality of battery cells. (B1 to B3) It is possible to independently determine whether or not each of them degenerates.
  • the control unit 130 may be configured to select one target converter from among the plurality of converters at each predetermined time.
  • the controller 130 may select the target converter so that the determination of the deterioration of some battery cells is not repeatedly performed before the determination of the deterioration of all of the plurality of battery cells B1 to B3 is terminated.
  • control unit 130 is configured to set a separate flag to check a converter for which deterioration has been determined among the plurality of converters 120a to 120c, and to select a target converter from among converters for which deterioration has not been determined. Can be. Specifically, the controller 130 may set a flag for a converter whose deterioration is not determined to be 0, and set a flag for a converter whose deterioration is determined to be 1. In addition, the controller 130 may select a target converter from among converters in which the flag is set to 0.
  • controller 130 may be configured to control an operation state of a switch provided in the selected target converter to a turn-on state.
  • the controller 130 may select the first converter 120a as a target converter from among the first converter 120a, the second converter 120b, and the third converter 120c or according to a converter identification number.
  • the control unit 130 transmits a turn-on signal through the first command line C1 corresponding to the first converter 120a, which is a target converter, so that the operation state of the switch provided in the first converter 120a is monitored. It can be controlled in a turn-on state.
  • the battery management apparatus 100 may perform the plurality of converters 120a to 120c at the same number of times in order to maintain the same number of times of charging and discharging of each battery cell. Can be controlled. Accordingly, since the performance variation between the plurality of battery cells B1 to B3 is small, the efficiency of the battery module 10 can be maximized in the end.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection configuration between the converter 120 and a battery cell of the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection configuration in which the first battery cell B1, the second battery cell B2, and the first converter 120a are connected.
  • the first converter 120a is connected to the positive terminal of the first battery cell B1 through the first line CL1, and the first converter 120a is connected to the second line ( It may be connected to the negative terminal of the first battery cell B1 through CL2). Further, the first converter 120a is connected to the positive terminal of the second battery cell B2 through the third line CL3, and the first converter 120a is connected to the second battery cell through the fourth line CL4. It can be connected to the negative terminal of (B2).
  • the converter 120 may be configured to include a first circuit in which the switch SW, a discharge cell corresponding to the charging cell, and a first inductor L1 are connected in series.
  • the first circuit may be a closed circuit in which the first battery cell B1, the switch SW, and the first inductor L1 are connected in series. That is, the first battery cell B1 connected to the first circuit may be referred to as a discharge cell that outputs a DC current to the first converter 120a.
  • one end of the switch SW may be directly connected to the positive terminal of the first battery cell B1, and the other end may be directly connected to one end of the first inductor L1.
  • the other end of the first inductor L1 is directly connected to the negative terminal of the first battery cell B1, so that the first circuit may form a closed circuit.
  • the switch SW may be disposed between the first inductor L1 and the negative terminal of the first battery cell B1.
  • the converter 120 may be configured to include a second circuit in which the charging cell and a second inductor L2 corresponding to the first inductor L1 are connected in series.
  • a circuit to which the second battery cell B2 and the second inductor L2 are connected may be the second circuit.
  • the second circuit may include a first diode D1 for controlling the flow of current by the second induced electromotive force generated in the second inductor L2.
  • the first diode D1 is on the second circuit between the second inductor L2 and the positive terminal of the second battery cell B2, with the positive terminal side of the second battery cell B2 as a positive direction. Can be placed.
  • the second circuit When the operation state of the switch SW is controlled to be turned on, the second circuit is charged using the induced electromotive force of the second inductor L2 induced by the first inductor L1. It can be configured to charge the cell.
  • the first inductor L1 may be a primary coil
  • the second inductor L2 may be a secondary coil.
  • induced electromotive force may be induced in the second inductor L2 as the secondary coil according to a change in the current flowing through the first inductor L1 as the primary coil.
  • the second circuit may charge the charging cell by using the current generated by the induced electromotive force of the second inductor L2.
  • the battery cells provided in the first circuit may be discharged.
  • the current output from the battery cell flows through the first inductor L1, and a magnetic field may be formed around the first inductor L1.
  • the first inductor L1 and the second inductor L2 may be disposed at a distance capable of being affected by magnetic fields formed around each other.
  • induced electromotive force may be induced in the second inductor L2.
  • a current may flow through the second circuit by the induced electromotive force of the second inductor L2.
  • the direction of the current flowing through the second circuit may be the positive direction of the first diode D1. Accordingly, the current generated by the induced electromotive force of the second inductor L2 is applied to the positive terminal side of the second battery cell B2, so that the second battery cell B2 may be charged.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a current flow when an operating state of a switch SW provided in the first circuit is a turn-on state.
  • the first battery cell B1 provided in the first circuit may be discharged.
  • the current output from the battery cell flows through the first inductor L1, and a magnetic field may be formed around the first inductor L1.
  • a direction of a magnetic field formed around the first inductor L1 may be a direction of a current flowing through the first circuit. That is, the magnetism of the other end of the first inductor L1 connected to the negative terminal of the first battery cell B1 may be N, and the magnetism of one end of the first inductor L1 connected to the other end of the switch SW may be S. have.
  • the magnetic field may also be formed around the second inductor L2 by the magnetic field formed around the first inductor L1.
  • the second inductor L2 may be affected by a magnetic field formed around the first inductor L1, and thus induced electromotive force may be induced.
  • a discharge current output from the first battery cell B1 may flow through the first circuit.
  • a charging current that is generated based on the induced electromotive force of the second inductor L2 and charges the second battery cell B2 may flow through the second circuit. In this case, the charging current may flow toward the positive terminal of the second battery cell B2.
  • the second circuit may include a capacitor C and a plurality of resistors R1, R2, and Rout for smoothing a current due to induced electromotive force generated in the second inductor L2.
  • the capacitor C may be connected in parallel with the second battery cell B2 to the second inductor L2.
  • R1 and R2 may be connected in parallel with the second battery cell B2 to the second inductor L2.
  • Rout may be connected in series to the second battery cell B2.
  • the current flowing through the second circuit is smoothed by the capacitor C and the plurality of resistors R1, R2, and Rout provided in the second circuit, and included in the current flowing through the second circuit. Noise can be eliminated.
  • the second circuit may charge the second battery cell B2 by passing through the first diode D1 using the current generated by the induced electromotive force of the second inductor L2.
  • the second circuit may be configured to further include a third inductor L3 connected in series between the second inductor L2 and the charging cell.
  • one end of the third inductor L3 is connected to the other end of the first diode D1, and the other end of the third inductor L3 is connected to the positive terminal side of the second battery cell B2. I can.
  • the inductance of the second inductor L2 may be greater than or equal to the inductance of the third inductor L3. More preferably, the inductance of the second inductor L2 may be greater than the inductance of the third inductor L3.
  • the third inductor L3 induced by a change in the induced electromotive force of the second inductor L2 May be configured to charge the charging cell using the induced electromotive force.
  • the operating state of the switch (SW) provided in the first circuit is changed from the turn-on state to the turn-off state, since current does not flow through the first circuit, it is formed around the first inductor (L1).
  • the magnetic field can be extinguished.
  • the induced electromotive force of the second inductor L2 changes due to electromagnetic inertia, and the current due to the induced electromotive force of the second inductor L2 due to the first diode D1 may not flow through the second circuit. .
  • induced electromotive force of the third inductor L3 may be induced by electromagnetic inertia.
  • the second circuit may charge the charging cell by applying a current by the induced electromotive force of the induced third inductor L3 to the positive terminal of the charging cell. That is, when the operating state of the switch SW is changed from the turn-on state to the turn-off state, the third inductor L3 may output the stored power to the charging cell. Accordingly, the second circuit may charge the charging cell by using the induced electromotive force of the third inductor L3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a current flow when an operating state of a switch SW provided in the first circuit is changed from a turn-on state to a turn-off state in the connection configuration of FIG. 4.
  • the second circuit may further include a second diode D2.
  • the second diode D2 has one end connected between the other end of the first diode D1 and one end of the third inductor L3, and the other end of the second inductor L2 and the negative electrode of the second battery cell B2 The other end can be connected between the terminals. That is, the second diode D2 is connected in parallel with the second inductor L2 and the second battery cell B2, and the forward direction of the second diode D2 is the third inductor L3 and the second battery cell. It may be a direction toward the positive terminal of B2).
  • the switch SW provided in the first circuit When the switch SW provided in the first circuit is changed to the turn-off state, current may not flow through the first circuit. Further, the high potential and the low potential of the induced electromotive force of the second inductor L2 may be changed by electromagnetic inertia. That is, one end of the second inductor L2 connected to one end of the first diode D1 may have a low potential, and the other end of the second inductor L2 may be converted to a high potential. In this case, the current due to the induced electromotive force of the second inductor L2 by the first diode D1 may not flow on the second circuit.
  • the switch SW when the switch SW is in the turn-on state, current may flow from one end of the third inductor L3 to the other end of the third inductor L3. Thereafter, when the operating state of the switch SW is changed to a turn-off state, so that the current due to the induced electromotive force of the second inductor L2 does not flow through the second circuit, the third inductor ( The induced electromotive force of L3) can be induced.
  • one end of the third inductor L3 connected to the other end of the first diode D1 may have a low potential, and the other end of the third inductor L3 may have a high potential. Accordingly, the third inductor L3 can output the stored power to the second battery cell B2, and the current flow direction is the same as the forward direction of the second diode D2, as shown in FIG. 6. It can be a direction.
  • the current may be supplied to the charging cell by the third inductor L3. That is, in the embodiment of FIG. 6, a current caused by induced electromotive force of the third inductor L3 is applied to the positive terminal of the second battery cell B2, so that the second battery cell B2 may be charged.
  • the charging current applied to the second battery cell B2 than when the operating state of the switch SW is the turn-on state. The size of the can be gradually reduced.
  • the battery management apparatus 100 since the charging cell is charged using a plurality of inductors L1 to L3 and induced electromotive force, a sudden change in charging current can be prevented. Accordingly, deterioration of the charging cell can be prevented by applying a charging current that changes rapidly.
  • the battery management apparatus 100 may improve accuracy and reliability of determining whether a charging cell is degraded by preventing a sudden change in charging current.
  • the measurement unit 110 may be configured to measure a charging current for the charging cell.
  • the measurement unit 110 may measure the voltage across both ends of the resistor Rout provided in the second circuit. In addition, the measurement unit 110 may calculate a charging current applied to the second battery cell B2 based on a resistance value of the resistance Rout and a voltage difference between both ends of the resistance Rout.
  • the measurement unit 110 may measure the voltage across both ends of the second resistor R2 provided in the second circuit. In addition, the measurement unit 110 may calculate a charging current applied to the second battery cell B2 based on a resistance value of the second resistor R2 and a voltage difference between both ends of the second resistor R2.
  • an ammeter may be further provided in the second circuit.
  • the ammeter may be connected in series between the resistor Rout and the positive terminal of the second battery cell B2.
  • the measurement unit 110 may measure a charging current applied to the second battery cell B2 through an ammeter provided in the second circuit.
  • the control unit 130 may be configured to control the operating state of the switch SW so that the magnitude of the charging current measured by the measurement unit 110 falls within a predetermined current range.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a change in current over time in the example of the current flow shown in FIGS. 5 and 6.
  • 0(s) corresponds to a time when the controller 130 transmits a turn-on command to the switch SW through a command line.
  • the change in the current magnitude during the time between 0(s) and t1(s) corresponds to the change in the magnitude of the charging current after the operation state of the switch SW is controlled from the turn-off state to the turn-on state. . That is, when the control unit 130 transmits a turn-on command to the switch SW through the command line at the point 0(s), the amount of charging current applied to the charging cell gradually increases from 0[A] to Imax[A]. Can be increased.
  • the change in the current magnitude during the time between 0 (s) and t1 (s) may correspond to the change in the magnitude of the charging current in the embodiment shown in FIG. 5.
  • t1(s) corresponds to a time when the control unit 130 transmits a turn-off command to the switch SW through a command line.
  • the change in the magnitude of the current during the time period between t1(s) and t2(s) corresponds to the change in the magnitude of the charging current when the operating state of the switch SW is controlled from the turn-on state to the turn-off state. . That is, when the control unit 130 transmits a turn-off command to the switch SW through the command line at the time t1(s), the magnitude of the charging current applied to the charging cell gradually increases from Imax[A] to Imin[A]. Can be reduced.
  • the change in the current magnitude during the time between t1(s) to t2(s) may correspond to the change in the magnitude of the charging current in the embodiment shown in FIG. 6.
  • t2(s) corresponds to a time when the control unit 130 transmits a turn-on command to the switch SW through a command line.
  • the change in the magnitude of the current during the time period between t2(s) and t3(s) corresponds to the change in the magnitude of the charging current when the operating state of the switch SW is controlled from the turn-off state to the turn-on state. . That is, when the controller 130 transmits a turn-on command to the switch SW through the command line, the magnitude of the charging current applied to the charging cell may gradually increase from Imin[A] to Imax[A].
  • the controller 130 includes the converter 120 in order to include the magnitude of the charging current applied to the charging cell within a predetermined current range, such as within the range of Imin[A] to Imax[A]. It is possible to control the operating state of the switch (SW) provided in the inside of.
  • the control unit 130 includes the amount of the charging current within a predetermined current range, so as to maintain a constant level, when the magnitude of the charging current reaches the upper limit value (Imax) of the predetermined current range, the command line Through this, a turn-off command may be transmitted to the switch SW.
  • the controller 130 may transmit a turn-on command to the switch SW through the command line. That is, even if the state of the switch SW is controlled by turning-on or turn-off by the provided inductors (L1 to L3), the magnitude of the charging current is gradually increased or decreased, so that the magnitude of the charging current is reduced to a predetermined level. It can be included within the current range.
  • control unit 130 may control the operating state of the switch SW provided in the converter 120 to keep the amount of the charging current constant within a certain range. And, in this way, since a large change in the charging current is prevented and maintained within a certain range, the control unit does not take into account the current change rate, and calculates the voltage change rate of the charging cell for a predetermined period of time, so that the internal resistance value of the charging cell, In other words, the rate of degeneration can be easily identified.
  • the voltage can be proportional to the resistance value. Accordingly, when the internal resistance value of the charging cell increases, it may be determined that the voltage change rate of the charging cell is also increased than the reference ratio.
  • the controller 130 may compare the measured voltage change rate of the charging cell with a reference rate by maintaining the magnitude of the charging current relatively constant, and estimate the internal resistance value of the charging cell based on the result. For example, it is assumed that the magnitude of the charging current is kept constant and the reference ratio is 8%. If the voltage change rate of the charging cell measured for a predetermined time is 10%, the controller 130 may estimate that the charging cell has deteriorated and the internal resistance value of the charging cell has increased by about 2% compared to the BOL battery cell.
  • the battery management apparatus 100 may prevent the charging current from rapidly changing by including a plurality of inductors L1 to L3.
  • the battery management apparatus 100 controls the switch SW to maintain the level of the charging current constant, so that the internal resistance value of the battery cell may be estimated through the voltage change amount of the battery cell without a separate device. Accordingly, not only can it be determined whether the battery cell is degraded, but also an internal resistance value of the battery cell is estimated, so that accuracy and reliability of determining whether the battery cell is deteriorated can be improved.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a battery pack 1 including a battery management apparatus 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the fourth converter 120d illustrated in FIG. 8 is intended to refer to a converter that is distinguished from the first converter 120a, the second converter 120b, and the third converter 120c in the previous drawings. Accordingly, the first converter 120a, the second converter 120b, and the third converter 120c may not be provided in the battery management apparatus 100 according to the exemplary embodiment of FIG. 8.
  • the thirteenth line CL13, the fourteenth line CL14, the fifteenth line CL15, and the sixteenth line CL16 also refer to lines distinguished from the first to twelfth lines CL1 to CL12 in the previous drawings. It is intended to refer to.
  • the fourth command line C4 is also intended to refer to a line that is distinguished from the first to third command lines C1 to C3 in the previous drawings.
  • the battery management apparatus 100 may further include a cell selection unit 140.
  • the cell selector 140 may be configured to be connected between the plurality of battery cells B1 to B3 and the converter 120.
  • the cell selection unit 140 may be connected to each of the plurality of battery cells B1 to B3 provided in the battery module 10 on one side, and the converter 120 may be connected to the other side.
  • the battery management apparatus 100 may include one converter 120.
  • the cell selection unit 140 may be connected to each of the plurality of battery cells B1 to B3 through at least two lines. That is, the cell selector 140 may be connected to the positive terminal and the negative terminal of each of the plurality of battery cells B1 to B3, respectively.
  • the cell selection unit 140 may be connected to the positive terminal and the negative terminal of the first battery cell B1 through the first cell selection line CS1 and the second cell selection line CS2. I can. In addition, the cell selection unit 140 may be connected to the positive terminal and the negative terminal of the second battery cell B2 through the third cell selection line CS3 and the fourth cell selection line CS4. In addition, the cell selection unit 140 may be connected to the positive terminal and the negative terminal of the third battery cell B3 through the fifth cell selection line CS5 and the sixth cell selection line CS6.
  • the cell selection unit 140 may be connected to the fourth converter 120d through a total of four lines.
  • the two lines may be connected to the first circuit of the fourth converter 120d, and the other two lines may be connected to the second circuit.
  • the cell selector 140 is connected to the first circuit of the converter 120 through the 13th line CL13 and the 14th line CL14, and the 15th line CL15 and the 16th line CL16 Through this, it may be connected to the second circuit of the fourth converter 120d.
  • the cell selection unit 140 may be configured to receive a cell selection command from the control unit 130.
  • control unit 130 may transmit a cell selection command to the cell selection unit 140 through the cell selection command line S.
  • control unit 130 issues a command to connect the first battery cell B1 to the discharge cell and connect the second battery cell B2 to the charging cell through the cell selection command line S. Can be sent to.
  • the cell selection unit 140 may be configured to connect some of the battery cells B1 to B3 to the converter 120 based on the received cell selection command.
  • the cell selection unit 140 may include a plurality of connection switches therein.
  • the cell selection unit 140 may connect some battery cells corresponding to the cell selection command to the converter 120 by controlling an operation state of each of the plurality of connection switches to correspond to the received cell selection command.
  • the control unit 130 transmits a cell selection command to connect the first battery cell B1 to the discharge cell and connect the second battery cell B2 to the charging cell to the cell selection unit 140 Is assumed to be done.
  • the cell selector 140 internally includes the thirteenth line CL13 and the first cell select line CS1 to connect the first battery cell B1 to the first circuit of the fourth converter 120d. And the 14th line CL14 and the second cell selection line CS2. Further, the cell selector 140 internally connects the fifteenth line CL15 and the third cell select line CS3 to the second battery cell B2 to the second circuit of the fourth converter 120d. Then, the sixteenth line CL16 and the fourth cell selection line CS4 may be connected.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a current flow in the battery pack 1 shown in FIG. 8.
  • the first battery cell B1 connected to the first circuit of the fourth converter 120d is discharged, and the second battery cell B2 connected to the second circuit of the fourth converter 120d is 1 It may be charged by electromotive force induced by discharging of the battery cell B1.
  • control unit 130 controls the operation state of the switch SW provided in the fourth converter 120d through the fourth command line C4 to turn-on or turn-off, so that the second charging cell is It is possible to determine whether the battery cell B2 is deteriorated.
  • controller 130 may estimate the internal resistance value of the second battery cell B2 by maintaining the magnitude of the charging current to be included within a predetermined current range.
  • the battery management apparatus 100 may further include the cell selection unit 140 to connect the battery cell selected by the controller 130 among the plurality of battery cells B1 to B3 to the converter 120. That is, the battery management apparatus 100 does not connect each of the plurality of battery cells B1 to B3 to the converter 120 according to the arrangement order of the battery cells, and selects various combinations of the discharge cells and the charging cells. The corresponding battery cells and the converter 120 may be connected.
  • the battery management apparatus 100 can selectively determine whether some of the plurality of battery cells B1 to B3 are degraded, it is possible to flexibly determine whether the battery cells are deteriorated.
  • the battery management apparatus 100 according to the present invention can be applied to a battery management system (BMS). That is, the BMS according to the present invention may include the battery management apparatus 100 described above. In this configuration, at least some of the components of the battery management apparatus 100 may be implemented by supplementing or adding functions of the components included in the conventional BMS. For example, the measurement unit 110, the converter 120, the control unit 130, and the cell selection unit 140 may be implemented as components of the BMS. In addition, the BMS performs balancing of the plurality of battery cells (B1 to B3) by using at least one or more of each component of the battery management device 100, or the plurality of battery cells (B1 to B3) Insulation resistance can be diagnosed.
  • BMS battery management system
  • the battery management apparatus 100 may be provided in the battery pack 1. That is, the battery pack 1 according to the present invention may include the battery management apparatus 100 described above.
  • the battery pack 1 may include a battery module 10 including one or more battery cells, the battery management device 100, electrical equipment (relay, fuse, etc.), a case, and the like.
  • the embodiments of the present invention described above are not implemented only through an apparatus and a method, but may be implemented through a program that realizes a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded. Implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs from the description of the above-described embodiment.
  • control unit 130 control unit

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀들과 연결되고, 내부에 구비된 스위치의 동작 상태에 따라서 연결된 배터리 셀들 간의 충방전 경로를 형성하도록 구성된 컨버터; 및 상기 측정부로부터 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 수신하고, 상기 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어하고, 상기 스위치의 동작 상태 제어에 따라 상기 컨버터에 의해 충전되는 충전 셀의 전압 변화율을 산출하고, 산출된 전압 변화율에 기반하여 상기 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치
본 출원은 2019년 09월 27일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2019-0119917호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 배터리 셀 각각의 퇴화 여부를 판단하는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 배터리의 퇴화는 여러 요인에 의해 진행될 수 있다. 이러한 배터리의 퇴화 정도를 추정할 수 있는 척도 중 하나는 배터리의 내부 저항이다. 종래에는 배터리 내부 저항을 이용하여 배터리의 노화를 추정하는 방법들이 제안된 바 있다.
일 예로서, 특허문헌 1은 배터리 노화 진단 방법 및 시스템으로, 배터리를 전압원, 내부 저항 및 와버그 임피던스로 구성된 등가회로 모델을 모델링하고, 모델링된 배터리의 내부저항에 기반하여 배터리의 노화를 진단한다.
다만, 특허문헌 1은 외부 저항의 유무에 따라 배터리의 노화를 진단하는 방법을 상이하게 구성하고 있기 때문에, 배터리의 노화/퇴화를 진단하기 전에 외부 저항의 유무를 판단하는 별도의 과정이 필요한 문제가 있다. 또한, 특허문헌 1은 순환최소자승법 등을 이용하여 모델링된 배터리의 내부저항에 기반하여 배터리의 노화를 진단하기 때문에, 노화 진단에 많은 시간 및 시스템 자원이 요구되는 문제가 있다.
(특허문헌 1) KR 10-2019-0035441 A
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 배터리 셀을 충전 및 방전시키는 과정에서 배터리 셀 각각의 내부 저항에 따른 퇴화 여부를 판단할 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀들과 연결되고, 내부에 구비된 스위치의 동작 상태에 따라서 연결된 배터리 셀들 간의 충방전 경로를 형성하도록 구성된 컨버터; 및 상기 측정부로부터 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 수신하고, 상기 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어하고, 상기 스위치의 동작 상태 제어에 따라 상기 컨버터에 의해 충전되는 충전 셀의 전압 변화율을 산출하고, 산출된 전압 변화율에 기반하여 상기 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정부로부터 상기 충전 셀의 초기 전압값을 획득하고, 소정의 시간 동안 상기 초기 전압값에 기초한 상기 충전 셀의 전압 변화율을 산출하며, 산출된 전압 변화율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 컨버터는, 상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀들과 연결되도록 복수 구비될 수 있다.
상기 제어부는, 복수의 컨버터 각각에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어하고, 상기 복수의 컨버터에 의해 충전되는 충전 셀 각각의 퇴화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 순차적으로 턴-온 상태로 제어하여, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 퇴화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 소정의 시간마다 상기 복수의 컨버터 중에서 하나의 대상 컨버터를 선택하고, 선택된 대상 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨버터는, 상기 스위치, 상기 충전 셀에 대응되는 방전 셀, 및 제1 인덕터가 직렬로 연결된 제1 회로; 및 상기 충전 셀 및 상기 제1 인덕터에 대응되는 제2 인덕터가 직렬로 연결된 제2 회로;를 포함할 수 있다.
상기 제2 회로는, 상기 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 상기 제1 인덕터에 의해 유도된 상기 제2 인덕터의 유도기전력을 이용하여 상기 충전 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.
상기 제2 회로는, 상기 제2 인덕터와 상기 충전 셀 사이에 직렬로 연결된 제3 인덕터를 더 포함하고, 상기 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경된 경우, 상기 제2 인덕터의 유도기전력의 변화에 의해 유도된 제3 인덕터의 유도기전력을 이용하여 상기 충전 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.
상기 측정부는, 상기 충전 셀에 대한 충전 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정부에 의해 측정된 충전 전류의 크기가 소정의 전류 범위 내에 포함되도록 상기 스위치의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는 상기 복수의 배터리 셀과 상기 컨버터 사이에 연결되고, 상기 제어부로부터 셀 선택 명령을 수신하며, 수신한 셀 선택 명령에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 중 일부 배터리 셀들을 상기 컨버터에 연결시키도록 구성된 셀 선택부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀 각각의 퇴화 여부뿐만 아니라 내부 저항값이 추정되어, 퇴화 여부 판단의 정확도 및 신뢰도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 인덕터를 이용하여 충전 전류의 급격한 변화가 방지됨으로써, 충전 전류의 급격한 변화에 기반한 배터리 셀의 퇴화가 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 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 관리 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 컨버터와 배터리 셀 간의 연결 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 연결 구성에서, 제1 회로에 구비된 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태일 때의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 연결 구성에서, 제1 회로에 구비된 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경되었을 때의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 7은 도 5및 도 6에 도시된 전류 흐름의 예시에서, 시간에 따른 전류 변화를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 배터리 팩에서, 전류 흐름의 예시를 도시한 도면이다.
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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 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.
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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 셀 어셈블리일 수 있다. 여기서, 배터리 셀은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀로 간주될 수 있다.
배터리 모듈(10)에 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)이 포함된 경우, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 1을 참조하면, 배터리 모듈(10)에는 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2) 및 제3 배터리 셀(B3)이 포함될 수 있다. 배터리 모듈(10)에 포함될 수 있는 배터리 셀의 개수에는 제한이 없지만, 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 배터리 모듈(10)에 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2) 및 제3 배터리 셀(B3)이 포함된 것으로 한정하여 설명한다.
또한, 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)의 양극 단자는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 측에 연결될 수 있다. 배터리 모듈(10)의 음극 단자는 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 측에 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 측정부(110), 컨버터(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
측정부(110)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 측정부(110)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 양단 전위를 측정하고, 측정한 양단 전위의 차이를 산출함으로써, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 측정부(110)는 연결된 복수의 센싱 라인을 통해서 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각에 연결될 수 있다. 구체적으로, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제1 배터리 셀(B1)과 연결되고, 제2 센싱 라인(SL2) 및 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 제2 배터리 셀(B2)과 연결될 수 있다. 또한, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제3 배터리 셀(B3)과 연결될 수 있다.
또한, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 제1 배터리 셀(B1)의 양극 전위를 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제1 배터리 셀(B1)의 음극 전위를 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 측정한 제1 배터리 셀(B1)의 양극 전위 및 음극 전위 간의 차이를 산출하여, 제1 배터리 셀(B1)의 전압을 측정할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 측정부(110)는 제2 배터리 셀(B2)의 전압 및 제3 배터리 셀(B3)의 전압을 측정할 수 있다.
컨버터(120)는 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 중 대응되는 배터리 셀들과 연결되도록 구성될 수 있다. 여기서, 컨버터(120)는 DC 전류를 입력받아서 변환시키고, 변환된 DC 전류를 출력하는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 즉, 컨버터(120)는 DC 전류를 입력받기 위한 배터리 셀 및 변환되어 출력된 DC 전류가 인가되는 배터리 셀과 연결될 수 있다.
예컨대, 컨버터(120)는 도 1에 도시된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 중에서 제1 배터리 셀(B1) 및 제2 배터리 셀(B2)과 연결될 수 있다. 이 경우, 컨버터(120)는 제1 배터리 셀(B1)로부터 DC 전류를 입력받고, 입력받은 DC 전류를 변환하며, 제2 배터리 셀(B2)에게 변환된 DC 전류를 출력할 수 있다.
또한, 컨버터(120)는 내부에 구비된 스위치의 동작 상태에 따라서 연결된 배터리 셀들 간의 충방전 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.
컨버터(120)는 컨버터(120)의 동작 상태를 온/오프하기 위한 스위치를 내부에 구비할 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 컨버터(120)가 제1 배터리 셀(B1) 및 제2 배터리 셀(B2)에 연결되었다고 가정한다. 컨버터(120)는 내부에 구비된 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태일 때만, 제1 배터리 셀(B1)로부터 DC 전류를 입력받을 수 있다. 이후, 컨버터(120)는 제1 배터리 셀(B1)로부터 입력받은 DC 전류를 변환시킬 수 있다. 그리고, 컨버터(120)는 변환된 DC 전류를 제2 배터리 셀(B2)에게 출력할 수 있다. 이 과정에서, 제1 배터리 셀(B1)은 방전되고 제2 배터리 셀(B2)은 충전될 수 있다.
제어부(130)는 상기 측정부(110)로부터 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 전압값을 수신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 측정부(110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제어부(130)는 측정부(110)와 유선 및/또는 무선으로 연결되고, 서로 통신할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 측정부(110)로부터 측정부(110)가 측정한 측정값들을 수신할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예를 참조하면, 측정부(110)와 제어부(130)는 유선 라인을 통해서 연결될 수 있다. 측정부(110)는 복수의 센싱 라인을 통해서 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 전압을 측정하고, 측정한 전압에 대한 전압값을 디지털 신호의 형태로 제어부(130)에게 송신할 수 있다. 제어부(130)는 측정부(110)로부터 디지털 신호를 수신하고, 이를 해석하여 측정부(110)가 측정한 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 전압값을 획득할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 컨버터(120)에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 측정부(110)뿐만 아니라 컨버터(120)와도 전기적으로 연결될 수 있다. 컨버터(120)는 별도의 동작 전원이 요구되지 않으며, 내부에 구비된 스위치의 동작 상태에 따라 온/오프될 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 컨버터(120) 내부에 구비된 스위치와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제어부(130)는 컨버터(120) 내부에 구비된 스위치에게 신호를 송신하여, 상기 스위치의 동작 상태를 턴-온 또는 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
또한, 제어부(130)는, 상기 스위치의 동작 상태 제어에 따라 상기 컨버터(120)에 의해 충전되는 충전 셀의 전압 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 충전 셀은 컨버터(120)에서 출력되는 DC 전류가 인가되는 배터리 셀일 수 있다. 즉, 앞선 실시예에서 제2 배터리 셀(B2)이 상기 충전 셀에 해당할 수 있다.
구체적으로, 측정부(110)는 충전 셀이 충전되는 동안 충전 셀의 전압을 지속적으로 측정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 측정부(110)가 측정한 충전 셀의 전압값을 수신하여, 충전 셀이 충전되는 동안의 전압 변화율을 산출할 수 있다.
여기서, 전압 변화율이란 충전 시간 동안 충전 셀의 전압이 변화된 비율일 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 측정부(110)에 측정한 충전 셀의 전압값에 기반하여, 충전 셀의 전압이 충전 초기 대비 얼마나 증가했는지에 대한 전압 변화율을 산출할 수 있다.
마지막으로, 제어부(130)는 산출된 전압 변화율에 기반하여 상기 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 산출된 전압 변화율의 절대값에 기반하여, 충전 셀이 퇴화되었는지 여부를 판단할 수 있다.
옴의 법칙(Ohm's law)을 고려하면, 배터리 셀이 충전되는 과정에서 배터리 셀의 전압 변화율의 절대값이 증가하는 경우는, 충전 과정에서 배터리 셀에 인가되는 전류의 양이 증가한 경우 및/또는 배터리 셀의 내부 저항 자체가 증가된 경우일 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 산출된 전압 변화율에 기반하여 충전 셀의 퇴화 여부를 판단함으로써, 충전 셀의 내부 저항의 증가 여부를 판단하고, 충전 셀의 내부 저항값을 추정할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는 컨버터(120)를 통해 배터리 셀들을 충전 및 방전시키는 간단한 회로 구성을 이용하여, 배터리 셀의 퇴화 여부를 판단할 수 있음은 물론이고, 배터리 셀의 내부 저항값을 추정할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 배터리 셀의 내부 저항을 측정하기 위한 별도의 측정 장치가 구비되지 않더라도, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 셀의 내부 저항을 간편하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
한편, 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(130)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(130)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(130)에 의해 실행될 수 있다.
여기서, 메모리는, 제어부(130)가 배터리 셀의 퇴화 여부를 판단하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 메모리는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 메모리는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 메모리에는 제어부(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다. 상기 메모리는 제어부(130) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(130)와 연결될 수도 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 측정부(110)로부터 상기 충전 셀의 초기 전압값을 획득하도록 구성될 수 있다.
제어부(130)는 충전 셀이 충전되는 동안, 충전 셀의 전압 변화율을 산출하기 위하여, 충전 셀의 초기 전압값을 획득할 수 있다. 바람직하게, 제어부(130)는 컨버터(120)의 내부에 구비된 스위치에게 턴-온 명령을 송신한 후, 측정부(110)로부터 상기 충전 셀의 초기 전압값을 획득할 수 있다. 보다 바람직하게, 제어부(130)는 상기 스위치에게 턴-온 명령을 송신하고, 턴-온 명령이 상기 스위치에게 도달하기까지의 시간이 경과한 직후, 측정부(110)로부터 상기 충전 셀의 초기 전압값을 획득할 수 있다.
제어부(130)는, 소정의 시간 동안 상기 초기 전압값에 기초한 상기 충전 셀의 전압 변화율을 산출하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(130)는 획득한 초기 전압값을 기준으로 하여, 소정의 시간 동안의 충전 셀의 전압 변화율을 산출할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)가 획득한 충전 셀의 초기 전압값이 3.0V이고, 소정의 시간이 경과한 후 충전 셀의 전압이 3.3V이면, 제어부(130)는 전압 변화율을 10%로 산출할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 산출된 전압 변화율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
여기서, 기준 비율이란, 제어부(130) 또는 별도의 저장 유닛에 저장된 값으로서, 퇴화가 진행되지 않은 BOL(Beginning of Life) 배터리 셀이 상기 소정의 시간 동안 충전되었을 때의 전압 변화율로 미리 설정된 비율일 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 기준 비율과 전압 변화율을 비교함으로써, 배터리 셀의 퇴화 여부를 판단할 수 있다.
또한, 더 나아가, 제어부(130)는 기준 비율과 측정한 전압 변화율을 비교하고, 기준 비율을 설정할 때의 전류 변화량과 상기 충전 셀을 충전할 때의 전류 변화량을 비교하여, BOL 배터리 셀의 내부 저항에 대한 충전 셀의 내부 저항 증가율을 추정할 수 있다.
예컨대, 미리 설정된 기준 비율이 8%이고, 앞선 실시예와 같이 제어부(130)가 산출한 충전 셀의 전압 변화율이 10%이라고 가정한다. 그리고, 기준 비율이 설정될 때 소정의 시간 동안의 전류 변화량과 충전 셀이 충전될 때 소정의 시간 동안의 전류 변화량이 동일하다고 가정한다. 이 경우, 제어부(130)는 충전 셀의 내부 저항이 BOL 배터리 셀의 내부 저항보다 2% 가량 증가되었다고 추정할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 BOL 배터리 셀의 내부 저항을 알고 있다면, 충전 셀이 충전되는 동안의 전압 변화율에 기반하여 충전 셀의 현재 내부 저항을 추정할 수 있다.
즉, 배터리 관리 장치(100)는, 기준 비율과 산출한 전압 변화율을 비교하여 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하기 때문에, 충전 셀을 만충전시키지 않고, 소정의 시간 동안만 충전시키더라도 신속하게 충전 셀의 퇴화 여부를 판단할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(100)는, 컨버터(120)에 의해 충전되는 배터리 셀의 퇴화 진행 여부뿐만 아니라, 내부 저항값을 간편하게 추정할 수도 있는 장점이 있다.
상기 컨버터(120)는, 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 중 대응되는 배터리 셀들과 연결되도록 복수 구비되도록 구성될 수 있다.
복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각은 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 중 대응되는 배터리 셀들에게 연결될 수 있다. 바람직하게, 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각은 DC 전류의 유입을 위한 배터리 셀과 변환된 DC 전류를 출력하기 위한 배터리 셀에 연결될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)은 2개의 배터리 셀씩 쌍을 이루어 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.
예컨대, 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)의 개수에 대응하여, 배터리 관리 장치(100)에는 제1 컨버터(120a), 제2 컨버터(120b) 및 제3 컨버터(120c)가 포함될 수 있다.
제1 컨버터(120a)는 제1 배터리 셀(B1) 및 제2 배터리 셀(B2)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 컨버터(120a)는 제1 라인(CL1) 및 제2 라인(CL2)을 통해 제1 배터리 셀(B1)과 연결되고, 제3 라인(CL3) 및 제4 라인(CL4)을 통해 제2 배터리 셀(B2)과 연결될 수 있다. 여기서, 제1 컨버터(120a)는 제1 라인(CL1) 및 제2 라인(CL2)을 통해서 제1 배터리 셀(B1)로부터 DC 전류를 인가받고, 변환된 DC 전류를 제3 라인(CL3) 및 제4 라인(CL4)을 통해서 제2 배터리 셀(B2)에게 출력하도록 구성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 컨버터(120b)는 제5 라인(CL5) 및 제6 라인(CL6)을 통해 제2 배터리 셀(B2)과 연결되고, 제7 라인(CL7) 및 제8 라인(CL8)을 통해 제3 배터리 셀(B3)과 연결될 수 있다.
또한, 제3 컨버터(120c)는 제9 라인(CL9) 및 제10 라인(CL10)을 통해 제3 배터리 셀(B3)과 연결되고, 제11 라인(CL11) 및 제12 라인(CL12)을 통해 제1 배터리 셀(B1)과 연결될 수 있다.
상기 제어부(130)는, 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에는 상기 컨버터(120)의 동작 상태를 온/오프할 수 있는 스위치가 구비될 수 있다. 제어부(130)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에 구비된 스위치와 전기적으로 연결되어, 턴-온 명령 또는 턴-오프 명령을 송신할 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 명령 라인(C1)을 통해서 제1 컨버터(120a)의 내부에 구비된 스위치에게 신호를 송신할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 제2 명령 라인(C2)을 통해서 제2 컨버터(120b)의 내부에 구비된 스위치에게 신호를 송신할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 제3 명령 라인(C3)을 통해서 제3 컨버터(120c)의 내부에 구비된 스위치에게 신호를 송신할 수 있다.
여기서, 제어부(130)가 제1 명령 라인(C1) 및 제3 명령 라인(C3)을 통해 턴-오프 신호를 출력하고, 제2 명령 라인(C2)을 통해 턴-온 신호를 출력하였다고 가정한다. 제2 컨버터(120b)의 동작 상태만이 온되고, 제5 라인(CL5) 및 제6 라인(CL6)을 통해서 제2 배터리 셀(B2)의 전류가 제2 컨버터(120b)에 유입될 수 있다. 그리고, 제2 컨버터(120b)는 변환된 전류를 제7 라인(CL7) 및 제8 라인(CL8)을 통해서 제3 배터리 셀(B3)에게 출력할 수 있다. 이 경우, 제2 배터리 셀(B2)은 방전되고, 제3 배터리 셀(B3)은 충전될 수 있다. 즉, 제2 배터리 셀(B2)은 방전 셀이고, 제3 배터리 셀(B3)은 충전 셀일 수 있다.
제어부(130)는, 상기 복수의 컨버터(120a 내지 120c)에 의해 충전되는 충전 셀 각각의 퇴화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(130)는, 제1 명령 라인(C1), 제2 명령 라인(C2) 및 제 3 명령 라인 중 어느 라인을 통해서 턴-온 명령을 송신하는지에 따라 배터리 모듈(10)에 구비된 모든 배터리 셀을 방전 및 충전시킬 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각이 충전되는 과정에서, 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 퇴화 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 도 3의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 명령 라인(C1)을 통해서 턴-온 명령을 송신할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 충전 셀인 제2 배터리 셀(B2)의 퇴화 여부를 판단할 수 있다. 이후, 제어부(130)는 제3 명령 라인(C3)을 통해서 턴-온 명령을 송신할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 충전 셀인 제1 배터리 셀(B1)의 퇴화 여부를 판단할 수 있다.
즉, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어함으로써, 복잡한 회로 구성없이도 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 퇴화 여부를 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c)에 구비된 스위치를 독립적으로 제어할 수 있기 때문에, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 퇴화 여부를 선택적 및 독립적으로 판단할 수 있는 장점이 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 복수의 컨버터(120a 내지 120c)에 구비된 스위치의 동작 상태를 순차적으로 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
제어부(130)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c)의 식별 번호 순서에 따라, 상기 복수의 컨버터(120a 내지 120c)에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 제1 명령 라인(C1), 제2 명령 라인(C2) 및 제3 명령 라인(C3)을 통해 순서대로 제1 컨버터(120a), 제2 컨버터(120b) 및 제3 컨버터(120c)에 구비된 스위치의 동작 상태를 순차적으로 제어할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c)가 중복하여 제어되지 않도록, 순차적으로 제어할 수 있다. 즉, 이 경우에서의 순차적인 제어란, 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에 구비된 스위치가 중복되지 않고 한 번씩만 제어되는 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(130)가 제1 명령 라인(C1)을 통해서 턴-온 명령을 수회 송신하고, 제2 명령 라인(C2) 및 제3 명령 라인(C3)을 통해서는 턴-온 명령을 1회만 송신하였다고 가정하면, 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2) 및 제3 배터리 셀(B3) 간의 용량 및 퇴화 정도가 상이해질 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에 구비된 스위치에 대하여, 1회씩 중복되지 않게 턴-온 명령을 송신하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 도 3의 실시예에서, 제어부(130)는 제1 명령 라인(C1)을 통해서 턴-온 신호를 출력하여, 제1 컨버터(120a)에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 소정의 시간이 경과한 후, 제1 명령 라인(C1)을 통해서 턴-오프 신호를 출력하여, 제1 컨버터(120a)에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
이후, 제어부(130)는 제2 명령 라인(C2)을 통해서 턴-온 신호를 출력하여, 제2 컨버터(120b)에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 소정의 시간이 경과한 후, 제2 명령 라인(C2)을 통해서 턴-오프 신호를 출력하여, 제2 컨버터(120b)에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
마지막으로, 제어부(130)는 제3 명령 라인(C3)을 통해서 턴-온 신호를 출력하여, 제3 컨버터(120c)에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 소정의 시간이 경과한 후, 제2 명령 라인(C3)을 통해서 턴-오프 신호를 출력하여, 제3 컨버터(120c)에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
즉, 제어부(130)는 소정의 시간 간격을 두고 각기 다른 명령 라인을 통해서 턴-온 신호를 연쇄적으로 출력함으로써, 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
이렇듯, 제어부(130)가 복수의 컨버터(120a 내지 120c)에 구비된 스위치의 동작 상태를 순차적으로 제어할 경우, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각은 적어도 1회씩 충전 및 방전을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(130)에 의한 순차 제어에 의하여, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)의 충전 및 방전 횟수가 동일하게 유지되기 때문에, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 성능 편차가 최소화될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 퇴화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 내부에 구비된 스위치의 동작 상태를 순차적으로 제어하여, 대응되는 충전 셀의 퇴화 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 제어부(130)가 제1 명령 라인(C1)을 통해 턴-온 신호를 출력한 경우, 제1 컨버터(120a)에 의해 제2 배터리 셀(B2)이 충전되므로, 제어부(130)는 제2 배터리 셀(B2)의 퇴화 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 제1 명령 라인(C1)을 통해 턴-오프 신호를 출력할 수 있다.
이후, 제어부(130)가 소정의 시간 간격을 두고, 제2 명령 라인(C2)을 통해 턴-온 신호를 출력한 경우, 제2 컨버터(120b)에 의해 제3 배터리 셀(B3)이 충전되므로, 제어부(130)는 제3 배터리 셀(B3)의 퇴화 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 제2 명령 라인(C2)을 통해 턴-오프 신호를 출력할 수 있다.
마지막으로, 제어부(130)가 소정의 시간 간격을 두고, 제3 명령 라인(C3)을 통해 턴-온 신호를 출력한 경우, 제3 컨버터(120c)에 의해 제1 배터리 셀(B1)이 충전되므로, 제어부(130)는 제1 배터리 셀(B1)의 퇴화 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 제3 명령 라인(C3)을 통해 턴-오프 신호를 출력할 수 있다.
즉, 제어부(130)는 복수의 명령 라인을 통해서 턴-온 신호를 순차적으로 출력함으로써, 배터리 모듈(10)에 구비된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 퇴화 여부를 순차적으로 판단할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 각각에 구비된 스위치를 제어하는 신호를 순차적으로 출력하여, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)의 성능 편차를 최소화하면서, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 퇴화 여부를 독립적으로 판단할 수 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 소정의 시간마다 상기 복수의 컨버터 중에서 하나의 대상 컨버터를 선택하도록 구성될 수 있다.
즉, 제어부(130)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 전체에 대한 퇴화 여부 판단이 종료되기 전에, 일부 배터리 셀에 대한 퇴화 여부 판단이 중복 수행되지 않도록 하기 위하여, 대상 컨버터를 선택할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 별도의 플래그(Flag)를 설정하여, 복수의 컨버터(120a 내지 120c) 중 퇴화 여부가 판단된 컨버터를 확인하고, 퇴화 여부가 판단되지 않은 컨버터 중에서 대상 컨버터를 선택하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 퇴화 여부가 판단되지 않은 컨버터에 대한 플래그를 0으로 설정하고, 퇴화 여부가 판단된 컨버터에 대한 플래그를 1로 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 플래그가 0으로 설정된 컨버터 중에서 대상 컨버터를 선택할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는, 선택된 대상 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 제1 컨버터(120a), 제2 컨버터(120b) 및 제3 컨버터(120c)가 모두 미리 선택되지 않았다고 가정한다. 제어부(130)는 제1 컨버터(120a), 제2 컨버터(120b) 및 제3 컨버터(120c) 중에서 임의 또는 컨버터 식별 번호에 따라 제1 컨버터(120a)를 대상 컨버터로 선택할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 대상 컨버터인 제1 컨버터(120a)에 대응되는 제1 명령 라인(C1)을 통해 턴-온 신호를 송신함으로써, 제1 컨버터(120a)에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)의 퇴화 여부 판단 시, 각각의 배터리 셀의 충전 및 방전 횟수를 동일하게 유지하기 위하여, 복수의 컨버터(120a 내지 120c)들을 동일 횟수로 제어할 수 있다. 따라서, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 간의 성능 편차가 적어지기 때문에, 종국적으로 배터리 모듈(10)의 효율이 최대로 발휘될 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참조하여, 컨버터의 내부 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 컨버터(120)와 배터리 셀 간의 연결 구성을 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 4는 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2) 및 제1 컨버터(120a)가 연결된 연결 구성을 도시한 도면이다.
더욱 구체적으로, 도 4를 참조하면, 제1 컨버터(120a)는 제1 라인(CL1)을 통해 제1 배터리 셀(B1)의 양극 단자와 연결되고, 제1 컨버터(120a)는 제2 라인(CL2)을 통해 제1 배터리 셀(B1)의 음극 단자와 연결될 수 있다. 또한, 제1 컨버터(120a)는 제3 라인(CL3)을 통해 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자와 연결되고, 제1 컨버터(120a)는 제4 라인(CL4)을 통해 제2 배터리 셀(B2)의 음극 단자와 연결될 수 있다.
상기 컨버터(120)는, 상기 스위치(SW), 상기 충전 셀에 대응되는 방전 셀, 및 제1 인덕터(L1)가 직렬로 연결된 제1 회로를 포함하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제1 배터리 셀(B1), 스위치(SW) 및 제1 인덕터(L1)가 직렬로 연결된 폐회로가 상기 제1 회로일 수 있다. 즉, 제1 회로에 연결된 제1 배터리 셀(B1)은 DC 전류를 제1 컨버터(120a)로 출력하는 방전 셀이라고 할 수 있다.
도 4의 실시예를 참조하면, 스위치(SW)의 일단은 제1 배터리 셀(B1)의 양극 단자에 직접 연결되고, 타단은 제1 인덕터(L1)의 일단에 직접 연결될 수 있다. 그리고, 제1 인덕터(L1)의 타단은 제1 배터리 셀(B1)의 음극 단자에 직접 연결되어, 제1 회로는 폐회로를 형성할 수 있다. 다만, 도 4의 실시예는 제1 회로에 대한 일 실시예이므로, 스위치(SW)는 제1 인덕터(L1)와 제1 배터리 셀(B1)의 음극 단자 사이에 배치될 수도 있다.
또한, 상기 컨버터(120)는, 상기 충전 셀 및 상기 제1 인덕터(L1)에 대응되는 제2 인덕터(L2)가 직렬로 연결된 제2 회로를 포함하도록 구성될 수 있다.
즉, 도 4의 실시예에서, 제2 배터리 셀(B2) 및 제2 인덕터(L2)가 연결된 회로가 상기 제2 회로일 수 있다.
구체적으로, 제2 회로는 제2 인덕터(L2)에서 발생되는 제2 유도기전력에 의한 전류의 흐름을 제어하기 위한 제1 다이오드(D1)가 구비될 수 있다. 여기서, 제1 다이오드(D1)는 제2 인덕터(L2)와 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자 사이에서, 상기 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자 측을 정방향으로 하여 제2 회로 상에 배치될 수 있다.
상기 제2 회로는, 상기 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 상기 제1 인덕터(L1)에 의해 유도된 상기 제2 인덕터(L2)의 유도기전력을 이용하여 상기 충전 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제1 인덕터(L1)는 1차 코일이고, 제2 인덕터(L2)는 2차 코일일 수 있다. 따라서, 1차 코일인 제1 인덕터(L1)를 흐르는 전류의 변화에 따라 2차 코일인 제2 인덕터(L2)에 유도기전력이 유도될 수 있다. 제2 회로는 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 의해 발생된 전류를 이용하여, 충전 셀을 충전시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 회로의 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 제1 회로에 구비된 배터리 셀은 방전될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀에서 출력된 전류가 제1 인덕터(L1)를 흐르고, 제1 인덕터(L1)의 주변에 자기장이 형성될 수 있다. 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)는 서로의 주변에 형성되는 자기장의 영향을 받을 수 있는 거리에 배치될 수 있다.
따라서, 제1 인덕터(L1)의 주변에 형성된 자기장은 제2 인덕터(L2)에 영향을 미치기 때문에, 제2 인덕터(L2)에 유도기전력이 유도될 수 있다. 그리고, 유도된 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 의해 제2 회로에는 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 제2 회로에 흐르는 전류의 방향은 제1 다이오드(D1)의 정방향일 수 있다. 따라서, 유도된 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 의해 발생된 전류는 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자 측으로 인가되어, 제2 배터리 셀(B2)이 충전될 수 있다.
제1 회로에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태에 따라, 제1 회로 및 제2 회로를 흐르는 전류 방향은 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 제1 회로에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태일 때의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 회로의 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 제1 회로에 구비된 제1 배터리 셀(B1)은 방전될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀에서 출력된 전류가 제1 인덕터(L1)를 흐르고, 제1 인덕터(L1)의 주변에 자기장이 형성될 수 있다.
제1 회로의 전류 방향을 참고하면, 제1 인덕터(L1)의 주변에 형성된 자기장의 방향은 제1 회로에 흐르는 전류 방향일 수 있다. 즉, 제1 배터리 셀(B1)의 음극 단자와 연결된 제1 인덕터(L1)의 타단의 자성이 N이고, 스위치(SW)의 타단과 연결된 제1 인덕터(L1)의 일단의 자성이 S일 수 있다.
제1 인덕터(L1)의 주변에 형성된 자기장에 의해 제2 인덕터(L2)의 주변에도 자기장이 형성될 수 있다.
그리고, 제2 인덕터(L2)는 제1 인덕터(L1) 주변에 형성된 자기장에 영향을 받아, 유도기전력이 유도될 수 있다.
즉, 도 5를 참조하면, 제1 회로에는 제1 배터리 셀(B1)로부터 출력된 방전 전류가 흐를 수 있다. 그리고, 제2 회로에는 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 기반하여 발생되어, 제2 배터리 셀(B2)을 충전시키는 충전 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 충전 전류는 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자를 향해 흐를 수 있다.
또한, 제2 회로는 제2 인덕터(L2)에서 발생되는 유도기전력에 의한 전류를 평활화하기 위한 커패시터(C) 및 복수의 저항(R1, R2, Rout)을 포함할 수 있다. 여기서, 커패시터(C)는 제2 배터리 셀(B2) 내지 제2 인덕터(L2)와 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 복수의 저항 중 R1, R2는, 제2 배터리 셀(B2) 내지 제2 인덕터(L2)와 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, Rout은 제2 배터리 셀(B2)에 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 회로에 구비된 커패시터(C) 및 복수의 저항(R1, R2, Rout)에 의해 제2 회로를 흐르는 전류가 평활화되어, 제2 회로에 흐르는 전류에 포함된 노이즈가 제거될 수 있다.
결론적으로, 제2 회로는 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 의해 발생된 전류를 이용하여 제1 다이오드(D1)를 통과하여 제2 배터리 셀(B2)을 충전시킬 수 있다.
상기 제2 회로는, 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 충전 셀 사이에 직렬로 연결된 제3 인덕터(L3)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 제3 인덕터(L3)의 일단은 제1 다이오드(D1)의 타단에 연결되고, 제3 인덕터(L3)의 타단은 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자측에 연결될 수 있다.
따라서, 도 5를 참조하면, 제1 회로에 구비된 스위치(SW)가 턴-온 상태로 제어된 경우, 제3 인덕터(L3)에는 제3 인덕터(L3)의 일단에서 타단 방향으로 전류가 흐를 수 있다. 바람직하게, 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스는 제3 인덕터(L3)의 인덕턴스 이상일 수 있다. 보다 바람직하게, 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스는 제3 인덕터(L3)의 인덕턴스 보다 클 수 있다.
또한, 제2 회로는, 상기 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경된 경우, 상기 제2 인덕터(L2)의 유도기전력의 변화에 의해 유도된 제3 인덕터(L3)의 유도기전력을 이용하여 상기 충전 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 회로에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경되면, 제1 회로에 전류가 흐르지 않기 때문에, 제1 인덕터(L1)의 주변에 형성된 자기장이 소멸할 수 있다. 이 경우, 전자기적 관성에 의해 제2 인덕터(L2)의 유도기전력이 변화하고, 제1 다이오드(D1)에 의해 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 의한 전류는 제2 회로를 흐르지 못할 수 있다.
그리고, 전자기적 관성에 의해 제3 인덕터(L3)의 유도기전력이 유도될 수 있다. 제2 회로는 유도된 제3 인덕터(L3)의 유도기전력에 의한 전류를 충전 셀의 양극 단자로 인가시킴으로써, 충전 셀을 충전시킬 수 있다. 즉, 상기 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경되면, 제3 인덕터(L3)는 저장한 전력을 충전 셀로 출력할 수 있다. 따라서, 제2 회로는 제3 인덕터(L3)의 유도기전력을 이용하여 충전 셀을 충전시킬 수 있다.
제1 회로에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태에 따라, 전류가 제1 회로 및 제2 회로를 흐르는 구성은 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은 도 4의 연결 구성에서, 제1 회로에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경되었을 때의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2 회로는, 제2 다이오드(D2)를 더 포함할 수 있다. 제2 다이오드(D2)는, 제1 다이오드(D1)의 타단과 제3 인덕터(L3)의 일단 사이에 일단이 연결되고, 제2 인덕터(L2)의 타단과 제2 배터리 셀(B2)의 음극 단자 사이에 타단이 연결될 수 있다. 즉, 제2 다이오드(D2)는 제2 인덕터(L2) 및 제2 배터리 셀(B2)과 병렬로 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 정방향은 제3 인덕터(L3) 및 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자를 향하는 방향일 수 있다.
제1 회로에 구비된 스위치(SW)가 턴-오프 상태로 변경된 경우, 제1 회로에는 전류가 흐르지 않을 수 있다. 그리고, 전자기적 관성에 의해, 제2 인덕터(L2)의 유도기전력의 고전위 및 저전위가 서로 변경될 수 있다. 즉, 제1 다이오드(D1)의 일단에 연결된 제2 인덕터(L2)의 일단측이 저전위이고, 제2 인덕터(L2)의 타단측이 고전위로 전환될 수 있다. 이 경우, 제1 다이오드(D1)에 의해 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 의한 전류가 제2 회로 상에 흐르지 못할 수 있다.
한편, 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태일 때, 제3 인덕터(L3)에는 제3 인덕터(L3)의 일단에서 타단 방향으로 전류가 흐를 수 있다. 이후, 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 변경되어, 제2 인덕터(L2)의 유도기전력에 의한 전류가 제2 회로를 흐르지 못하게 된 경우, 전자기적 관성에 의해, 제3 인덕터(L3)의 유도기전력이 유도될 수 있다. 이 경우, 제1 다이오드(D1)의 타단과 연결된 제3 인덕터(L3)의 일단측이 저전위이고, 제3 인덕터(L3)의 타단측이 고전위일 수 있다. 따라서, 제3 인덕터(L3)는 저장한 전력을 제2 배터리 셀(B2)로 출력할 수 있으며, 이 때 전류 흐름 방향은 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 다이오드(D2)의 정방향과 동일한 방향일 수 있다.
이와 같이, 제1 회로의 스위치(SW)가 턴-오프 상태로 제어된다 하더라도, 제3 인덕터(L3)에 의해 전류는 충전 셀로 공급될 수 있다. 즉, 상기 도 6의 실시예에서, 제3 인덕터(L3)의 유도기전력에 의한 전류가 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자로 인가되어, 제2 배터리 셀(B2)이 충전될 수 있다. 다만, 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경된 경우, 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태일 경우보다 제2 배터리 셀(B2)에 인가되는 충전 전류의 크기는 점점 감소될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의하면, 복수의 인덕터(L1 내지 L3) 및 유도기전력을 이용하여 충전 셀이 충전되기 때문에, 충전 전류의 급격한 변화가 방지될 수 있다. 따라서, 급격하게 변하는 충전 전류가 인가됨으로써 충전 셀이 퇴화되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 따른 배터리 관리 장치(100)는 충전 전류의 급격한 변화를 방지함으로써, 충전 셀의 퇴화 여부 판단의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
상기 측정부(110)는, 상기 충전 셀에 대한 충전 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 측정부(110)는 제2 회로에 구비된 저항(Rout)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 저항(Rout)의 저항값과 저항(Rout)의 양단 전압차에 기반하여, 제2 배터리 셀(B2)에 인가되는 충전 전류를 산출할 수 있다.
다른 예로, 도 4의 실시예에서, 측정부(110)는 제2 회로에 구비된 제2 저항(R2)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 제2 저항(R2)의 저항값과 제2 저항(R2)의 양단 전압차에 기반하여, 제2 배터리 셀(B2)에 인가되는 충전 전류를 산출할 수 있다.
또 다른 예로, 도 4의 실시예에서, 제2 회로에는 전류계가 더 구비될 수 있다. 바람직하게, 전류계는 저항(Rout)과 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 측정부(110)는 제2 회로에 구비된 전류계를 통해서, 제2 배터리 셀(B2)에 인가되는 충전 전류를 측정할 수 있다.
상기 제어부(130)는, 상기 측정부(110)에 의해 측정된 충전 전류의 크기가 소정의 전류 범위 내에 포함되도록 상기 스위치(SW)의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
앞서서, 도 5 및 도 6을 참조하여, 스위치(SW)의 동작 상태에 따라 충전 셀로 인가되는 충전 전류의 흐름을 살펴보았다.
이하에서는, 도 7을 참조하여, 스위치(SW)의 동작 상태에 따른 충전 전류의 변화량을 설명한다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 전류 흐름의 예시에서, 시간에 따른 전류 변화를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 0(s)는 제어부(130)가 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-온 명령을 송신한 시각에 해당한다.
0(s) 내지 t1(s) 사이의 시간 동안의 전류 크기의 변화는, 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-오프 상태에서 턴-온 상태로 제어된 이후의 충전 전류의 크기 변화에 해당한다. 즉, 제어부(130)가 0(s) 시점에서 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-온 명령을 송신하면, 충전 셀로 인가되는 충전 전류의 크기는 0[A]에서 Imax[A]까지 서서히 증가될 수 있다.
즉, 0(s) 내지 t1(s) 사이의 시간 동안의 전류 크기의 변화는, 도 5에 도시된 실시예에서의 충전 전류의 크기 변화에 대응될 수 있다.
t1(s)는 제어부(130)가 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-오프 명령을 송신한 시각에 해당한다.
t1(s) 내지 t2(s) 사이의 시간 동안의 전류 크기의 변화는, 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 제어된 경우의 충전 전류의 크기 변화에 해당한다. 즉, 제어부(130)가 t1(s) 시점에서 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-오프 명령을 송신하면, 충전 셀로 인가되는 충전 전류의 크기는 Imax[A]에서 Imin[A]까지 서서히 감소될 수 있다.
즉, t1(s) 내지 t2(s) 사이의 시간 동안의 전류 크기의 변화는, 도 6에 도시된 실시예에서의 충전 전류의 크기 변화에 대응될 수 있다.
t2(s)는 제어부(130)가 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-온 명령을 송신한 시각에 해당한다.
t2(s) 내지 t3(s) 사이의 시간 동안의 전류 크기의 변화는, 스위치(SW)의 동작 상태가 턴-오프 상태에서 턴-온 상태로 제어된 경우의 충전 전류의 크기 변화에 해당한다. 즉, 제어부(130)가 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-온 명령을 송신하면, 충전 셀로 인가되는 충전 전류의 크기는 Imin[A]에서 Imax[A]까지 서서히 증가될 수 있다.
도 7의 실시예를 참조하면, 제어부(130)는 충전 셀로 인가되는 충전 전류의 크기를 소정의 전류 범위 내, 이를테면 Imin[A] 내지 Imax[A]의 범위 내에 포함시키기 위하여, 컨버터(120)의 내부에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
바람직하게, 제어부(130)는 충전 전류의 크기가 소정의 전류 범위 내에 포함되어, 일정한 크기를 유지할 수 있도록 하기 위하여, 충전 전류의 크기가 소정의 전류 범위의 상한값(Imax)에 도달하면, 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-오프 명령을 송신할 수 있다. 또한, 제어부(130)는, 충전 전류의 크기가 소정의 전류 범위의 하한값(Imin)에 도달하면, 명령 라인을 통해서 스위치(SW)에게 턴-온 명령을 송신할 수 있다. 즉, 구비된 복수의 인덕터(L1 내지 L3)에 의해서, 스위치(SW)의 상태가 턴-온 또는 턴-오프로 제어되더라도 충전 전류의 크기가 완만하게 증감되기 때문에, 충전 전류의 크기가 소정의 전류 범위 내에 포함될 수 있다.
이와 같이, 제어부(130)는 컨버터(120) 내부에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태를 제어함으로써, 충전 전류의 크기를 일정 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다. 그리고, 이와 같이, 충전 전류의 큰 변화가 방지되고 일정 범위 내로 유지되기 때문에, 제어부는 전류 변화율은 고려하지 않고, 소정의 시간 동안의 충전 셀의 전압 변화율을 산출함으로써, 충전 셀의 내부 저항값, 다시 말해 퇴화율을 용이하게 파악할 수 있다.
옴의 법칙을 고려하면, 충전 전류의 크기가 일정하게 유지되는 상황에서, 전압은 저항값에 비례할 수 있다. 따라서, 충전 셀의 내부 저항값이 증가하면, 충전 셀의 전압 변화율도 기준 비율보다 증가한 것으로 판단될 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 충전 전류의 크기를 비교적 일정하게 유지시킴으로써, 측정되는 충전 셀의 전압 변화율을 기준 비율과 비교하고, 그 결과에 기반하여 충전 셀의 내부 저항값을 추정할 수 있다. 예컨대, 충전 전류의 크기가 일정하게 유지되었고, 기준 비율이 8%라고 가정한다. 소정의 시간 동안 측정된 충전 셀의 전압 변화율이 10%라면, 제어부(130)는 충전 셀이 퇴화되었으며, 충전 셀의 내부 저항값이 BOL 배터리 셀보다 약 2%가량 증가한 것으로 추정할 수 있다.
따라서, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 인덕터(L1 내지 L3)를 구비함으로써 충전 전류가 급격하게 변하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(100)는 충전 전류의 크기를 일정하게 유지시키도록 스위치(SW)를 제어함으로써, 별도의 장치없이 배터리 셀의 전압 변화량을 통해서 배터리 셀의 내부 저항값을 추정할 수 있다. 따라서, 배터리 셀의 퇴화 여부가 판단될 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 셀의 내부 저항값이 함께 추정되어, 배터리 셀의 퇴화 여부 판단의 정확도 및 신뢰도가 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서는, 앞서서 설명한 배터리 관리 장치(100)와 구별되는 부분에 대해서 설명하고, 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다.
한편, 도 8에 도시된, 제4 컨버터(120d)는 앞선 도면에서의 제1 컨버터(120a), 제2 컨버터(120b) 및 제3 컨버터(120c)와 구별되는 컨버터를 지칭하기 위한 것이다. 따라서, 도 8의 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에는 앞선 제1 컨버터(120a), 제2 컨버터(120b) 및 제3 컨버터(120c)는 구비되지 않을 수 있다. 마찬가지로, 제13 라인(CL13), 제14 라인(CL14), 제15 라인(CL15) 및 제16 라인(CL16)도 앞선 도면에서의 제1 내지 제12 라인(CL1 내지 CL12)과 구별되는 라인을 지칭하기 위한 것이다. 또한, 마찬가지로, 제4 명령 라인(C4) 또한, 앞선 도면에서의 제1 내지 제3 명령 라인(C1 내지 C3)과 구별되는 라인을 지칭하기 위한 것이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 배터리 관리 장치(100)는 셀 선택부(140)를 더 포함할 수 있다.
셀 선택부(140)는 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)과 상기 컨버터(120) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
셀 선택부(140)는 일측에 배터리 모듈(10)에 구비된 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각과 연결되고, 타측에 컨버터(120)가 연결될 수 있다. 이 경우, 배터리 관리 장치(100)에는 하나의 컨버터(120)가 포함될 수 있다.
바람직하게, 셀 선택부(140)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각에 대하여 적어도 2개의 라인을 통해서 연결될 수 있다. 즉, 셀 선택부(140)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 양극 단자 및 음극 단자와 각각 연결될 수 있다.
예컨대, 도 8의 실시예에서, 셀 선택부(140)는 제1 셀 선택 라인(CS1) 및 제2 셀 선택 라인(CS2)을 통해서 제1 배터리 셀(B1)의 양극 단자 및 음극 단자와 연결될 수 있다. 그리고, 셀 선택부(140)는 제3 셀 선택 라인(CS3) 및 제4 셀 선택 라인(CS4)을 통해서 제2 배터리 셀(B2)의 양극 단자 및 음극 단자와 연결될 수 있다. 그리고, 셀 선택부(140)는 제5 셀 선택 라인(CS5) 및 제6 셀 선택 라인(CS6)을 통해서 제3 배터리 셀(B3)의 양극 단자 및 음극 단자와 연결될 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 셀 선택부(140)는 제4 컨버터(120d)와 총 4개의 라인을 통해 연결될 수 있다. 여기서, 2개의 라인은 제4 컨버터(120d)의 제1 회로와 연결되고, 나머지 2개의 라인은 제2 회로와 연결될 수 있다. 구체적으로, 셀 선택부(140)는 제13 라인(CL13) 및 제14 라인(CL14)을 통해 컨버터(120)의 제1 회로와 연결되고, 제15 라인(CL15) 및 제16 라인(CL16)을 통해 제4 컨버터(120d)의 제2 회로와 연결될 수 있다.
셀 선택부(140)는 상기 제어부(130)로부터 셀 선택 명령을 수신하도록 구성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어부(130)는 셀 선택 명령 라인(S)을 통해서 셀 선택부(140)에게 셀 선택에 대한 명령을 송신할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 셀 선택 명령 라인(S)을 통해서, 방전 셀로 제1 배터리 셀(B1)을 연결하고, 충전 셀로 제2 배터리 셀(B2)을 연결하라는 명령을 셀 선택부(140)에게 송신할 수 있다.
셀 선택부(140)는 수신한 셀 선택 명령에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 중 일부 배터리 셀들을 상기 컨버터(120)에 연결시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 셀 선택부(140)는 내부에 복수의 연결 스위치를 포함할 수 있다. 셀 선택부(140)는 수신한 셀 선택 명령에 대응되도록 복수의 연결 스위치 각각의 동작 상태를 제어하여, 셀 선택 명령에 대응되는 일부 배터리 셀들을 컨버터(120)에 연결시킬 수 있다.
예컨대, 앞선 실시예와 같이, 제어부(130)가 방전 셀로 제1 배터리 셀(B1)을 연결하고, 충전 셀로 제2 배터리 셀(B2)을 연결하라는 셀 선택 명령을 셀 선택부(140)에게 송신하였다고 가정한다. 이 경우, 셀 선택부(140)는 제4 컨버터(120d)의 제1 회로에 제1 배터리 셀(B1)을 연결하기 위하여, 내부적으로 제13 라인(CL13)과 제1 셀 선택 라인(CS1)을 연결하고, 제14 라인(CL14)과 제2 셀 선택 라인(CS2)을 연결할 수 있다. 그리고, 셀 선택부(140)는 제4 컨버터(120d)의 제2 회로에 제2 배터리 셀(B2)을 연결하기 위하여, 내부적으로 제15 라인(CL15)과 제3 셀 선택 라인(CS3)을 연결하고, 제16 라인(CL16)과 제4 셀 선택 라인(CS4)을 연결할 수 있다.
셀 선택부(140)에 의해 제1 배터리 셀(B1) 및 제2 배터리 셀(B2)이 컨버터(120)에 연결된 경우의 전류 흐름에 대해서는 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 도 8에 도시된 배터리 팩(1)에서, 전류 흐름의 예시를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제4 컨버터(120d)의 제1 회로에 연결된 제1 배터리 셀(B1)은 방전되고, 제4 컨버터(120d)의 제2 회로에 연결된 제2 배터리 셀(B2)은 제1 배터리 셀(B1)의 방전에 의해 유도된 기전력에 의해 충전될 수 있다.
이후, 제어부(130)는 제4 명령 라인(C4)을 통해 제4 컨버터(120d)의 내부에 구비된 스위치(SW)의 동작 상태를 턴-온 또는 턴-오프로 제어하여, 충전 셀인 제2 배터리 셀(B2)의 퇴화 여부를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 충전 전류의 크기를 소정의 전류 범위 내에 포함되게 유지시킴으로써, 제2 배터리 셀(B2)의 내부 저항값을 추정할 수도 있다.
즉, 배터리 관리 장치(100)는 셀 선택부(140)를 더 포함함으로써, 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 중 제어부(130)에 의해 선택된 배터리 셀을 컨버터(120)에 연결시킬 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(100)는 미리 정해진 배터리 셀의 구비 순서에 따라 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각을 컨버터(120)에 연결시키지 않고, 방전 셀 및 충전 셀에 대한 다양한 조합을 선택하여 대응되는 배터리 셀들과 컨버터(120)를 연결시킬 수 있다.
따라서, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 중 일부 배터리 셀의 퇴화 여부 판단을 선택적으로 할 수 있기 때문에, 배터리 셀의 퇴화 여부 판단이 유동적으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 측정부(110), 컨버터(120), 제어부(130) 및 셀 선택부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다. 또한, BMS는 배터리 관리 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 하나 이상을 이용하여, 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3)의 밸런싱을 수행하거나, 상기 복수의 배터리 셀(B1 내지 B3) 각각의 절연 저항을 진단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(1)은, 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈(10), 상기 배터리 관리 장치(100), 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
100: 배터리 관리 장치
110: 측정부
120: 컨버터
120a: 제1 컨버터
120b: 제2 컨버터
120c: 제3 컨버터
120d: 제4 컨버터
130: 제어부
140: 셀 선택부
B1: 제1 배터리 셀
B2: 제2 배터리 셀
B3: 제3 배터리 셀

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하도록 구성된 측정부;
    상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀들과 연결되고, 내부에 구비된 스위치의 동작 상태에 따라서 연결된 배터리 셀들 간의 충방전 경로를 형성하도록 구성된 컨버터; 및
    상기 측정부로부터 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압값을 수신하고, 상기 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어하고, 상기 스위치의 동작 상태 제어에 따라 상기 컨버터에 의해 충전되는 충전 셀의 전압 변화율을 산출하고, 산출된 전압 변화율에 기반하여 상기 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정부로부터 상기 충전 셀의 초기 전압값을 획득하고, 소정의 시간 동안 상기 초기 전압값에 기초한 상기 충전 셀의 전압 변화율을 산출하며, 산출된 전압 변화율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 충전 셀의 퇴화 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 컨버터는,
    상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀들과 연결되도록 복수 구비되고,
    상기 제어부는,
    복수의 컨버터 각각에 구비된 스위치의 동작 상태를 제어하고, 상기 복수의 컨버터에 의해 충전되는 충전 셀 각각의 퇴화 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 순차적으로 턴-온 상태로 제어하여, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 퇴화 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 소정의 시간마다 상기 복수의 컨버터 중에서 하나의 대상 컨버터를 선택하고, 선택된 대상 컨버터에 구비된 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    상기 스위치, 상기 충전 셀에 대응되는 방전 셀, 및 제1 인덕터가 직렬로 연결된 제1 회로; 및 상기 충전 셀 및 상기 제1 인덕터에 대응되는 제2 인덕터가 직렬로 연결된 제2 회로;를 포함하고,
    상기 제2 회로는,
    상기 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 상기 제1 인덕터에 의해 유도된 상기 제2 인덕터의 유도기전력을 이용하여 상기 충전 셀을 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 회로는,
    상기 제2 인덕터와 상기 충전 셀 사이에 직렬로 연결된 제3 인덕터를 더 포함하고,
    상기 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경된 경우, 상기 제2 인덕터의 유도기전력의 변화에 의해 유도된 제3 인덕터의 유도기전력을 이용하여 상기 충전 셀을 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 충전 셀에 대한 충전 전류를 측정하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 측정부에 의해 측정된 충전 전류의 크기가 소정의 전류 범위 내에 포함되도록 상기 스위치의 동작 상태를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀과 상기 컨버터 사이에 연결되고, 상기 제어부로부터 셀 선택 명령을 수신하며, 수신한 셀 선택 명령에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀 중 일부 배터리 셀들을 상기 컨버터에 연결시키도록 구성된 셀 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
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