WO2022149864A1 - 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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WO2022149864A1 PCT/KR2022/000201 KR2022000201W WO2022149864A1 WO 2022149864 A1 WO2022149864 A1 WO 2022149864A1 KR 2022000201 W KR2022000201 W KR 2022000201W WO 2022149864 A1 WO2022149864 A1 WO 2022149864A1
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battery
battery cell
cell
resistor
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박명희
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 10-2021-0002902 filed on January 8, 2021, and includes all contents disclosed in the literature of the Korean patent application as a part of this specification.
  • Embodiments disclosed in this document relate to a battery management apparatus and an operating method thereof.
  • the secondary battery is a battery capable of charging and discharging, and includes all of the conventional Ni/Cd batteries, Ni/MH batteries, and the latest lithium ion batteries.
  • lithium ion batteries have an advantage in that their energy density is much higher than that of conventional Ni/Cd batteries and Ni/MH batteries.
  • lithium ion batteries can be manufactured in a small size and light weight, so they are used as power sources for mobile devices. .
  • the lithium ion battery has been attracting attention as a next-generation energy storage medium as its use range has been expanded as a power source for electric vehicles.
  • a lithium ion battery is implemented with a plurality of battery cells to supply power.
  • a plurality of battery cells has a voltage difference due to chemical difference, physical property difference, and aging degree difference. causes In the case of a battery cell that has undergone a lot of deterioration, the charging/discharging time is shorter than that of other battery cells, and thus the first charging or discharging state.
  • various cell balancing technologies for a plurality of battery cells have been introduced.
  • An object of the embodiments disclosed in this document is to provide a battery management apparatus capable of increasing the speed of a cell balancing operation and an operating method thereof.
  • a battery management apparatus includes a plurality of balancing resistors connected to each of a plurality of battery cells, a common resistor connected in parallel with the plurality of balancing resistors, and the plurality of balancing resistors and the common resistor It may include a plurality of resistance switches connected therebetween, and a controller that calculates a balancing time of the plurality of battery cells and controls operations of the plurality of resistance switches based on the balancing time.
  • the controller may select at least one target battery cell from among the plurality of battery cells based on a balancing time of the plurality of battery cells.
  • the controller may select, as the at least one target battery cell, a battery cell having a difference of more than a reference value and a balancing time of battery cells having different balancing times among the plurality of battery cells.
  • the controller may control the operation of the plurality of resistance switches such that the common resistance is electrically connected to a balancing resistor connected to the at least one target battery cell among the plurality of balancing resistors.
  • the controller controls the operation of the plurality of resistance switches so that the common resistance is not electrically connected to a balancing resistor connected to battery cells other than the at least one target battery cell among the plurality of balancing resistors can do.
  • it may further include a plurality of balancing switches respectively connected to the plurality of balancing resistors.
  • the controller controls operations of the plurality of resistance switches such that the common resistance is electrically connected to a balancing resistor connected to the at least one target battery cell among a plurality of balancing resistors
  • the plurality of balancing resistors Among the switches the balancing switch connected to the balancing resistor connected to the at least one target battery cell may be short-circuited.
  • a method of operating a battery management apparatus includes calculating a balancing time of each of a plurality of battery cells, and selecting at least one target battery cell from among the plurality of battery cells based on the balancing time and controlling an operation of a resistor switch disposed between a balancing resistor connected to the at least one target battery cell among a plurality of balancing resistors and a common resistor connected in parallel to the balancing resistor.
  • the selecting of at least one target battery cell from among the plurality of battery cells based on the balancing time includes balancing times of battery cells having different balancing times among the plurality of battery cells and a battery having a difference of more than a reference value.
  • a cell may be selected as the at least one target battery cell.
  • controlling the operation of a resistance switch disposed between a balancing resistor connected to the at least one target battery cell and a common resistor connected in parallel to the balancing resistor comprises balancing connected to the at least one target battery cell.
  • the resistor switch may be short-circuited so that the resistor and the common resistor are electrically connected.
  • the method may further include controlling operations of a plurality of balancing switches respectively connected to the plurality of balancing resistors.
  • the controlling of the operation of the plurality of balancing switches respectively connected between the plurality of balancing resistors and the ground comprises balancing connected to the balancing resistor connected to the at least one target battery cell among the plurality of balancing switches.
  • the switch can be shorted.
  • a battery management apparatus and a method of operating the same may increase a cell balancing speed for battery cells, thereby rapidly resolving a cell imbalance situation.
  • FIG. 1 is a view showing a battery pack according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a battery management apparatus according to an exemplary embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an operation of a battery management apparatus according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIGS. 4 and 5 are flowcharts illustrating a method of operating a battery management apparatus according to an exemplary embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 6 shows a computing system for executing a method of operating a battery management device according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 1 is a view showing a battery pack according to an embodiment disclosed in this document.
  • a battery pack 100 may include a battery module 110 , a battery management device 120 , and a relay 130 .
  • the battery module 110 may include a plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • the plurality of battery cells is illustrated as four, but the present invention is not limited thereto, and the battery module 110 may include n (n is a natural number greater than or equal to 2) battery cells.
  • the battery module 110 may supply power to a target device (not shown).
  • the battery module 110 may be electrically connected to the target device.
  • the target device may include an electrical, electronic, or mechanical device that operates by receiving power from the battery pack 100 including a plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 , for example.
  • the target device may be an electric vehicle (EV), but is not limited thereto.
  • EV electric vehicle
  • the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 are a lithium ion (Li-ion) battery, a lithium ion polymer (Li-ion polymer) battery, a nickel cadmium (Ni-Cd) battery, and a nickel hydrogen (Ni-MH) battery. It may be a battery, and the like, but is not limited thereto. Meanwhile, although one battery module 110 is illustrated in FIG. 1 , a plurality of battery modules 110 may be configured according to an embodiment.
  • the battery management device 120 may manage and/or control the state and/or operation of the battery module 110 .
  • the battery management apparatus 120 may manage and/or control the states and/or operations of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 included in the battery module 110 .
  • the battery management device 120 may manage charging and/or discharging of the battery module 110 .
  • the battery management device 120 may monitor the voltage, current, temperature, etc. of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , 114 included in the battery module 110 and/or the battery module 110 . have.
  • a sensor or various measurement modules not shown may be additionally installed in the battery module 110 , a charging/discharging path, or an arbitrary location such as the battery module 110 .
  • the battery management device 120 determines a parameter indicating the state of the battery module 110, for example, SOC (State of Charge) or SOH (State of Health), etc. based on the monitored measured values such as voltage, current, and temperature. can be calculated.
  • the battery management device 120 may control the operation of the relay 130 .
  • the battery management device 120 may short-circuit the relay 130 to supply power to the target device.
  • the battery management device 120 may short-circuit the relay 130 when the charging device is connected to the battery pack 100 .
  • the battery management apparatus 120 may calculate a cell balancing time of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • the cell balancing time may be defined as a time required for balancing the battery cells.
  • the battery management apparatus 120 may calculate a cell balancing time based on a state of charge (SOC), battery capacity, and balancing efficiency of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • SOC state of charge
  • the battery management apparatus 120 may determine at least one cell balancing target based on a cell balancing time of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • the cell balancing target may be defined as a target battery cell. That is, the battery management apparatus 120 may select at least one target battery cell based on a cell balancing time of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • the battery management apparatus 120 may use a battery cell having a difference of more than a reference value from the balancing times of battery cells having different cell balancing times among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 as at least one target battery cell. can be selected
  • the battery management apparatus 120 may perform a cell balancing operation on at least one target battery cell selected as a cell balancing target among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 based on the cell balancing time. For example, the battery management apparatus 120 may increase the balancing speed of the at least one target battery cell by increasing the balancing current used for the balancing operation of the at least one target battery cell.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a battery management apparatus according to an exemplary embodiment disclosed in this document.
  • 3 is a diagram for explaining an operation of a battery management apparatus according to an embodiment disclosed in this document.
  • FIG. 2 a case in which two battery cells 111 and 112 exist among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 and 114 is described as an example in order to facilitate understanding of the technical idea disclosed in this document.
  • the technical idea disclosed in can be naturally applied to three or more battery cells.
  • the battery management apparatus 120 includes a plurality of balancing resistors 121 , a common resistor 122 , a plurality of resistance switches 123 , and a plurality of balancing switches. s 124 , and a control unit 125 .
  • the plurality of balancing resistors R1 and R2 121 may be respectively connected to the plurality of battery cells 111 and 112 .
  • the first balancing resistor R1 may be connected to the first battery cell 111
  • the second balancing resistor R2 may be connected to the second battery cell 112 .
  • the first balancing resistor R1 may be connected to the positive terminal of the first battery cell 111
  • the second balancing resistor R2 may be connected to the negative terminal of the second battery cell 112 .
  • the common resistor Rc 122 may be connected in parallel with the plurality of balancing resistors 121 . Specifically, the common resistors Rc and 122 may be connected in parallel with the first balancing resistor R1 and the second balancing resistor R2.
  • the common resistor 122 may be electrically connected to the first balancing resistor R1 and the second balancing resistor R2 through a plurality of resistance switches S1 , S2 , S3 , and S4 . That is, the common resistor 122 is connected in parallel with the first balancing resistor R1 when the first resistor switch S1 and the second resistor switch S2 are short-circuited, and the third resistor switch S3 and the fourth resistor are connected in parallel. When the switch S4 is short-circuited, it may be connected in parallel with the second balancing resistor R2.
  • the plurality of resistance switches S1 , S2 , S3 , and S4 may be connected between the plurality of balancing resistors 121 and the common resistor 122 .
  • the plurality of resistance switches S1 , S2 , S3 , and S4 may be opened or shorted in response to a control command received from the controller 125 .
  • the plurality of resistance switches S1 , S2 , S3 , and S4 are short-circuited, the plurality of balancing resistors 121 and the common resistor 122 may be electrically connected.
  • the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 may be opened or shorted at the same time.
  • the third resistance switch S3 and the fourth resistance switch S4 may be opened or shorted at the same time.
  • the plurality of balancing switches 124 may be respectively connected to the plurality of balancing resistors 121 .
  • the first balancing switch SW1 may be connected in series with the first balancing resistor R1
  • the second balancing switch SW2 may be connected with the second balancing resistor R2 in series.
  • the first balancing switch SW1 and the second balancing switch SW2 may be opened or shorted in response to a control command received from the controller 125 .
  • a closed loop is formed in which the first battery cell 111 and the first balancing resistor R1 are electrically connected to discharge the first battery cell 111 .
  • a cell balancing operation for the first battery cell 111 may be performed.
  • the second balancing switch SW2 is short-circuited, a closed loop is formed in which the second battery cell 112 and the second balancing resistor R2 are electrically connected to discharge the second battery cell 112 .
  • a cell balancing operation with respect to the second battery cell 112 may be performed.
  • the controller 125 may calculate a cell balancing time of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 (refer to FIG. 1 ).
  • the controller 125 controls the cell balancing time t1 of the first battery cells cells 1 and 111 , the cell balancing time t2 of the second battery cells cells 2 and 112 , and the third battery cell ( The cell balancing time t3 of the cells 3 and 113 and the cell balancing time tn of the n-th battery cells cells 4 and 114 may be calculated, respectively.
  • the controller 125 may select at least one target battery cell based on the calculated cell balancing time.
  • the controller 125 may select, as at least one target battery cell, a battery cell having a difference between the balancing time of battery cells having different balancing times and a reference value or more among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • the controller 125 determines that the cell balancing time t1 of the first battery cells cells 1 and 111 is determined by the second battery cells cells 2 and 112 , the third battery cells cells 3 and 113 , and When there is a difference between the cell balancing times t2, t3, and tn of each of the n-th battery cells cells 4 and 114 by more than a reference value, the first battery cells cells 1 and 111 may be selected as a target battery cell.
  • the at least one target battery cell is the first battery cell (cell 1, 111), but is not limited thereto, and the cell balancing time of the second battery cell (cell 2, 112) according to an embodiment
  • (t2) has a difference between the cell balancing times t2, t3, and tn of each of the third battery cells cells 3 and 113 and the n-th battery cells cells 4 and 114
  • the first battery cell ( 111) and the second battery cell 112 may both be selected as target battery cells.
  • the controller 125 selects a battery cell having a maximum cell balancing time and a battery cell having a minimum cell balancing time from among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 , and a battery having a maximum cell balancing time.
  • a cell may be selected as a target battery cell.
  • the controller 125 may select, as the target battery cell, battery cells having a cell balancing time equal to or greater than a preset value among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • the controller 125 electrically connects the balancing resistor R1 and the common resistor Rc connected to at least one target battery cell (eg, the first battery cell 111 ) among the plurality of balancing resistors 121 .
  • the operation of the plurality of resistance switches 123 may be controlled as much as possible. For example, when the first battery cell 111 is selected as the target battery cell, the controller 125 may short-circuit the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 . Also, the controller 125 may short-circuit the first balancing switch SW1 .
  • the controller 125 controls at least one target battery cell (eg, the first battery cell 111 ) among the plurality of balancing resistors 121 , but other battery cells (eg, the second battery cell 112 ). ) may control the operation of the plurality of resistance switches 123 so that the balancing resistor R2 and the common resistor Rc are not electrically connected to each other. For example, when the first battery cell 111 is selected as the target battery cell, the controller 125 may open the third resistance switch S3 and the second resistance switch S4 .
  • the control unit 125 operates the second balancing switch SW2 when cell balancing for the second battery cell 112 is required. By short-circuiting, a cell balancing operation for the second battery cell 112 may be performed.
  • the first balancing resistor R1 and the common resistors Rc and 122 may be connected in parallel.
  • the balancing current of the first battery cell 111 may increase. have. Accordingly, the cell balancing speed of the first battery cell 111 may increase.
  • the controller 125 controls the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 .
  • the third resistance switch S3 and the fourth resistance switch S4 may all be short-circuited.
  • the first balancing resistor R1 may be connected in parallel with the common resistor 122
  • the second balancing resistor R2 may also be connected in parallel with the common resistor 122 .
  • the controller 125 may short-circuit both the first balancing switch SW1 and the second balancing switch SW2 . Accordingly, both the cell balancing speed of the first battery cell 111 and the second battery cell 112 may increase.
  • FIGS. 4 and 5 are flowcharts illustrating a method of operating a battery management apparatus according to an exemplary embodiment disclosed in this document.
  • the method of operating the battery management apparatus includes calculating a balancing time of each of a plurality of battery cells ( S110 ), among a plurality of battery cells based on the balancing time. Selecting at least one target battery cell (S120), and a resistance switch disposed between a balancing resistor connected to at least one target battery cell among a plurality of balancing resistors and a common resistor connected in parallel to the balancing resistor. It may include a controlling step (S130).
  • the controller 125 may calculate a cell balancing time of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 (refer to FIG. 1 ). For example, the controller 125 may calculate the cell balancing time based on the state of charge (SOC), battery capacity, and balancing efficiency of each of the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • SOC state of charge
  • battery capacity battery capacity
  • the controller 125 may select at least one target battery cell based on the calculated cell balancing time.
  • the controller 125 may select, as at least one target battery cell, a battery cell having a difference between the balancing time of battery cells having different balancing times and a reference value or more among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • the controller 125 selects a battery cell having a maximum cell balancing time and a battery cell having a minimum cell balancing time from among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 , and a battery having a maximum cell balancing time.
  • a cell may be selected as a target battery cell.
  • the controller 125 may select, as the target battery cell, battery cells having a cell balancing time equal to or greater than a preset value among the plurality of battery cells 111 , 112 , 113 , and 114 .
  • step S130 the controller 125 controls the balancing resistor R1 and the common resistor Rc connected to at least one target battery cell (eg, the first battery cell 111 ) among the plurality of balancing resistors 121 .
  • the operation of the plurality of resistance switches 123 may be controlled to be electrically connected. For example, when the first battery cell 111 is selected as the target battery cell, the controller 125 may short-circuit the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 .
  • the controller 125 controls at least one target battery cell (eg, the first battery cell 111 ) among the plurality of balancing resistors 121 , but other battery cells (eg, the second battery cell 112 ). ) may control the operation of the plurality of resistance switches 123 so that the balancing resistor R2 and the common resistor Rc are not electrically connected to each other. For example, when the first battery cell 111 is selected as the target battery cell, the controller 125 may open the third resistance switch S3 and the second resistance switch S4 .
  • the controller 125 controls the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 .
  • the third resistance switch S3 and the fourth resistance switch S4 may all be short-circuited.
  • the first balancing resistor R1 may be connected in parallel with the common resistor 122
  • the second balancing resistor R2 may also be connected in parallel with the common resistor 122 .
  • the controller 125 may short-circuit both the first balancing switch SW1 and the second balancing switch SW2 .
  • the embodiment shown in FIG. 5 may further include step S240 compared to the embodiment shown in FIG. 4 .
  • steps S210 to S240 will be described in detail with reference to FIG. 2 .
  • steps S210 and S220 may be substantially the same as steps S110 and S120 described with reference to FIG. 4 , in order to avoid duplication of description, only steps S230 and S240 will be described in detail below.
  • step S230 the controller 125 controls the balancing resistor R1 and the common resistor Rc connected to at least one target battery cell (eg, the first battery cell 111 ) among the plurality of balancing resistors 121 .
  • the operation of the plurality of resistance switches 123 may be controlled to be electrically connected. For example, when the first battery cell 111 is selected as the target battery cell, the controller 125 may short-circuit the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 .
  • the controller 125 controls the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 .
  • the third resistance switch S3 and the fourth resistance switch S4 may all be short-circuited.
  • the first balancing resistor R1 may be connected in parallel with the common resistor 122
  • the second balancing resistor R2 may also be connected in parallel with the common resistor 122 .
  • the controller 125 may control the operation of the plurality of balancing switches 124 .
  • the controller 125 may short-circuit the first balancing switch SW1.
  • a cell balancing operation may be performed on the first battery cell 111 . That is, when the first resistance switch S1 and the second resistance switch S2 are short-circuited, the first balancing resistor R1 and the common resistors Rc and 122 may be connected in parallel.
  • the balancing current of the first battery cell 111 may increase. have. Accordingly, the cell balancing speed of the first battery cell 111 may increase.
  • control unit 125 controls the second battery cell 112 even when the first battery cell 111 is selected as the target battery cell and the third resistance switch S3 and the fourth resistance switch S4 are opened.
  • a cell balancing operation for the second battery cell 112 may be performed by shorting the second balancing switch SW2 .
  • the controller 125 may short-circuit both the first balancing switch SW1 and the second balancing switch SW2. have. Accordingly, both the cell balancing speed of the first battery cell 111 and the second battery cell 112 may increase.
  • FIG. 6 shows a computing system implementing a battery management method according to an embodiment disclosed herein.
  • the computing system 200 may include an MCU 210 , a memory 220 , an input/output I/F 230 , and a communication I/F 240 . have.
  • the MCU 210 executes various programs (eg, an SOH calculation program, a cell balancing execution target determination program, etc.) stored in the memory 220 , and performs SOC and SOH of a plurality of battery cells through these programs. It may be a processor that processes various data including, and performs functions of the battery management device 120 described with reference to FIGS. 1 to 3 or a processor that executes the battery management method described with reference to FIGS. 4 and 5 . have.
  • various programs eg, an SOH calculation program, a cell balancing execution target determination program, etc.
  • the memory 220 may store various programs related to the calculation of the SOH of the battery cells and determination of the target for performing cell balancing. Also, the memory 220 may store various data such as SOC and SOH data of each battery cell.
  • the memory 220 may be a volatile memory or a non-volatile memory.
  • the volatile memory the memory 220 may be RAM, DRAM, SRAM, or the like.
  • the memory 220 as a non-volatile memory ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, flash memory, or the like may be used. Examples of the above-listed memories 220 are merely examples and are not limited to these examples.
  • the input/output I/F 230 is an interface that connects between an input device (not shown) such as a keyboard, mouse, and touch panel and an output device such as a display (not shown) and the MCU 210 to transmit and receive data. can provide an input device (not shown) such as a keyboard, mouse, and touch panel and an output device such as a display (not shown) and the MCU 210 to transmit and receive data. can provide an input device (not shown) such as a keyboard, mouse, and touch panel and an output device such as a display (not shown) and the MCU 210 to transmit and receive data. can provide
  • the communication I/F 230 is a configuration capable of transmitting and receiving various data to and from the server, and may be various devices capable of supporting wired or wireless communication. For example, a program or various data for calculating SOH of battery cells or determining a balancing target may be transmitted/received from an external server provided separately through the communication I/F 230 .
  • the battery management method according to an embodiment disclosed in this document may be recorded in the memory 220 and executed by the MCU 210 .

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀들 각각에 연결되는 복수의 밸런싱 저항들, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 병렬 연결되는 공통 저항, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 상기 공통 저항 사이에 연결되는 복수의 저항 스위치들, 및 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임을 산출하고, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법
관련출원과의 상호인용
본 발명은 2021.01.08.에 출원된 한국 특허 출원 제10-2021-0002902호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
기술분야
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
일반적으로 리튬 이온 전지의 경우 전원 공급을 위해 다수의 배터리 셀들로 구현된다. 다수 개의 배터리 셀은 화학적 차이, 물성적 차이, 노후화 정도의 차이 등으로 인하여 전압차가 발생하는데, 이러한 전압차는 배터리 셀의 충방전이 지속되는 상황에서 각각의 배터리 셀의 충방전 시간 및 충방전량 등에서 차이를 발생시킨다. 열화가 많이 진행된 배터리 셀의 경우, 다른 배터리 셀들에 비해 충방전 시간이 짧아져 가장 먼저 완충전 또는 방전 상태가 되므로, 상대적으로 열화가 덜 진행된 배터리 셀들은 완충전 또는 방전되기 전에 충전 또는 방전이 종료되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 배터리 셀 들에 대한 다양한 셀 밸런싱 기술들이 도입되고 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 셀 밸런싱 동작의 속도를 증가시킬 수 있는 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀들 각각에 연결되는 복수의 밸런싱 저항들, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 병렬 연결되는 공통 저항, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 상기 공통 저항 사이에 연결되는 복수의 저항 스위치들, 및 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임을 산출하고, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀이 아닌 다른 배터리 셀들과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되지 않도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 경우, 상기 복수의 밸런싱 스위치 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시킬 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계, 및 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계는 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 저항 스위치를 단락시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 밸런싱 저항들과 그라운드 사이에 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계는 상기 복수의 밸런싱 스위치들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시킬 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법은 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 속도를 증가시켜, 셀 불균형(cell imbalance) 상황을 빠르게 해소할 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 다른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여준다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(110), 배터리 관리 장치(120), 및 릴레이(130)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(110)은 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수의 배터리 셀들이 4개인 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(110)은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 모듈(110)은 대상 장치(미도시)에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈(110)은 대상 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 대상 장치는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)을 포함하는 배터리 팩(100)으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전기적, 전자적, 또는 기계적인 장치를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 대상 장치는 전기 자동차(EV)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)은 리튬이온(Li-ion) 전지, 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 한편, 도 1에서는 배터리 모듈(110)이 한 개인 경우로 도시되나, 실시예에 따라 배터리 모듈(110)은 복수개로 구성될 수도 있다.
배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 모듈(110) 및/또는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 그리고 배터리 관리 장치(120)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 배터리 모듈(110)이나 충방전 경로, 또는 배터리 모듈(110) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. 배터리 관리 장치(120)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(110)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC(State of Charge)나 SOH(State of Health) 등을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 릴레이(130)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 대상 장치에 전원을 공급하기 위해 릴레이(130)를 단락시킬 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(120)는 배터리 팩(100)에 충전 장치가 연결되는 경우 릴레이(130)를 단락시킬 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다. 여기서, 셀 밸런싱 타임은 배터리 셀의 밸런싱에 소요되는 시간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 SOC(State of Charge), 배터리 용량 및 밸런싱 효율에 기초하여 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임에 기초하여 적어도 하나의 셀 밸런싱 대상을 판단할 수 있다. 실시예에 따라, 셀 밸런싱 대상은 타겟 배터리 셀로 정의될 수 있다. 즉, 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임에 기초하여 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
배터리 관리 장치(120)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 대상으로 선정된 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱 시간에 기초하여 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(120)는 적어도 하나의 타겟 배터리 셀의 밸런싱 동작에 이용되는 밸런싱 전류를 증가시킴으로써 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 대한 밸런싱 속도를 높일 수 있다.
이하에서는 배터리 관리 장치(120)의 구체적인 동작에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서는 본 문서에 개시된 기술사상에 대한 이해를 돕기 위해 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 2개의 배터리 셀들(111, 112)이 존재하는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 문서에 개시된 기술사상은 3개 이상의 배터리 셀들에 대해서도 당연히 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(120)는 복수의 밸런싱 저항들(121), 공통 저항(122), 복수의 저항 스위치들(123), 복수의 밸런싱 스위치들(124), 및 제어부(125)를 포함할 수 있다.
복수의 밸런싱 저항들(R1, R2; 121)은 복수의 배터리 셀들(111, 112)에 각각 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 밸런싱 저항(R1)은 제1 배터리 셀(111)에 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)은 제2 배터리 셀(112)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 밸런싱 저항(R1)은 제1 배터리 셀(111)의 양극단에 연결될 수 있고, 제2 밸런싱 저항(R2)은 제2 배터리 셀(112)의 음극단에 연결될 수 있다.
공통 저항(Rc; 122)은 복수의 밸런싱 저항들(121)과 병렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 공통 저항(Rc, 122)은 제1 밸런싱 저항(R1) 및 제2 밸런싱 저항(R2)과 병렬 연결될 수 있다. 공통 저항(122)은 복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)을 통해 제1 밸런싱 저항(R1) 및 제2 밸런싱 저항(R2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 공통 저항(122)은 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)가 단락되는 경우 제1 밸런싱 저항(R1)과 병렬 연결되고, 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4) 단락되는 경우 제2 밸런싱 저항(R2)과 병렬 연결될 수 있다.
복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)은 복수의 밸런싱 저항들(121)과 공통 저항(122) 사이에 연결될 수 있다. 복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)은 제어부(125)로부터 수신되는 제어 명령에 응답하여 개방 또는 단락될 수 있다. 예를 들어, 복수의 저항 스위치들(S1, S2, S3, S4)이 단락되는 경우 복수의 밸런싱 저항들(121)과 공통 저항(122)은 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 예를 들어, 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)는 동시에 개방 또는 단락될 수 있다. 또한, 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)는 동시에 개방 또는 단락될 수 있다.
복수의 밸런싱 스위치(124)는 복수의 밸런싱 저항(121)과 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 밸런싱 스위치(SW1)는 제1 밸런싱 저항(R1)과 직렬로 연결되고, 제2 밸런싱 스위치(SW2)는 제2 밸런싱 저항(R2)과 직렬로 연결될 수 있다. 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)는 제어부(125)로부터 수신되는 제어 명령에 응답하여 개방 또는 단락될 수 있다.
예를 들어, 제1 밸런싱 스위치(SW1)가 단락되는 경우, 제1 배터리 셀(111)과 제1 밸런싱 저항(R1)이 전기적으로 연결되는 폐루프가 형성되어 제1 배터리 셀(111)을 방전시킴으로써 제1 배터리 셀(111)에 대한 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다. 또한, 제2 밸런싱 스위치(SW2)가 단락되는 경우, 제2 배터리 셀(112)과 제2 밸런싱 저항(R2)이 전기적으로 연결되는 폐루프가 형성되어 제2 배터리 셀(112)을 방전시킴으로써 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다.
제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114; 도 1 참조) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출한 결과가 도시된다. 예를 들어, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(cell 1, 111)의 셀 밸런싱 타임(t1), 제2 배터리 셀(cell 2, 112)의 셀 밸런싱 타임(t2), 제3 배터리 셀(cell 3, 113)의 셀 밸런싱 타임(t3), 및 제n 배터리 셀(cell 4, 114)의 셀 밸런싱 타임(tn)을 각각 산출할 수 있다.
제어부(125)는 산출된 셀 밸런싱 타임에 기반하여 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다. 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(cell 1, 111)의 셀 밸런싱 타임(t1)이 제2 배터리 셀(cell 2, 112), 제3 배터리 셀(cell 3, 113), 및 제n 배터리 셀(cell 4, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임(t2, t3, tn)과 기준값 이상의 차이를 갖는 경우 제1 배터리 셀(cell 1, 111)을 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
이하에서는 적어도 하나의 타겟 배터리 셀이 제1 배터리 셀(cell 1, 111)인 것으로 가정하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 제2 배터리 셀(cell 2, 112)의 셀 밸런싱 타임(t2)이 제3 배터리 셀(cell 3, 113), 및 제n 배터리 셀(cell 4, 114) 각각의 셀 밸런싱 타임(t2, t3, tn)과 기준값 이상의 차이를 갖는 경우 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112) 모두 타겟 배터리 셀로 선정될 수도 있다.
한편, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀과, 최소인 배터리 셀을 선정하고, 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다.
또한, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 기 설정된 값 이상인 배터리 셀들을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다.
제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))과 연결된 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)를 단락시킬 수 있다. 또한, 제어부(125)는 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 단락시킬 수 있다.
제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))이 아닌 다른 배터리 셀(예를 들어, 제2 배터리 셀(112))과 연결된 밸런싱 저항(R2)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되지 않도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제3 저항 스위치(S3) 및 제2 저항 스위치(S4)를 개방시킬 수 있다.
한편, 제어부(125)는 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 개방시키는 경우에도, 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱이 필요한 경우 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 단락시킴으로써 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)가 단락되는 경우 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc, 122)은 병렬 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)의 합성 저항(R1∥Rc)은 제1 밸런싱 저항(R1)보다 작아지므로, 제1 배터리 셀(111)의 밸런싱 전류가 증가할 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱 속도가 증가할 수 있다.
또한, 실시예에 따라 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1), 제2 저항 스위치(S2), 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 모두 단락시킬 수 있다. 이러한 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)은 공통 저항(122)과 병렬 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)도 공통 저항(122)과 병렬 연결될 수 있다. 또한, 제어부(125)는 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 모두 단락시킬 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)의 셀 밸런싱 속도가 모두 증가할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계(S110), 밸런싱 타임에 기초하여 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계(S120), 및 복수의 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 S110 단계 내지 S130 단계에 대해 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.
S110 단계에서, 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114; 도 1 참조) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 각각의 SOC(State of Charge), 배터리 용량 및 밸런싱 효율에 기초하여 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
S120 단계에서, 제어부(125)는 산출된 셀 밸런싱 타임에 기반하여 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정할 수 있다. 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정할 수 있다.
한편, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀과, 최소인 배터리 셀을 선정하고, 셀 밸런싱 타임이 최대인 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 제어부(125)는 복수의 배터리 셀들(111, 112, 113, 114) 중 셀 밸런싱 타임이 기 설정된 값 이상인 배터리 셀들을 타겟 배터리 셀로 선정할 수도 있다.
S130 단계에서, 제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))과 연결된 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)를 단락시킬 수 있다.
제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))이 아닌 다른 배터리 셀(예를 들어, 제2 배터리 셀(112))과 연결된 밸런싱 저항(R2)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되지 않도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제3 저항 스위치(S3) 및 제2 저항 스위치(S4)를 개방시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따라 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1), 제2 저항 스위치(S2), 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 모두 단락시킬 수 있다. 이러한 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)은 공통 저항(122)과 병렬 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)도 공통 저항(122)과 병렬 연결될 수 있다. 또한, 제어부(125)는 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 모두 단락시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작 방법은 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계(S210), 밸런싱 타임에 기초하여 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계(S220), 복수의 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계(S230), 및 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 실시예의 경우 도 4에 도시된 실시예와 비교하여 S240 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서 S210 단계 내지 S240 단계에 대하여 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다. 다만, S210 단계 및 S220 단계는 도 4를 참조하여 설명한 S110 단계 및 S120 단계와 각각 실질적으로 동일할 수 있으므로 설명의 중복을 피하기 위하여 이하에서는 S230 단계 및 S240 단계에 대해서만 구체적으로 설명한다.
S230 단계에서, 제어부(125)는 복수의 밸런싱 저항들(121) 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀(예를 들어, 제1 배터리 셀(111))과 연결된 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)이 전기적으로 연결되도록 복수의 저항 스위치들(123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(cell, 111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)를 단락시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따라 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우, 제어부(125)는 제1 저항 스위치(S1), 제2 저항 스위치(S2), 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 모두 단락시킬 수 있다. 이러한 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)은 공통 저항(122)과 병렬 연결되고, 제2 밸런싱 저항(R2)도 공통 저항(122)과 병렬 연결될 수 있다.
S240 단계에서, 제어부(125)는 복수의 밸런싱 스위치들(124)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(111)이 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 단락시킬 수 있다. 제1 밸런시 스위치(SW1)가 단락되는 경우 제1 배터리 셀(111)에 대하여 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다. 즉, 제1 저항 스위치(S1) 및 제2 저항 스위치(S2)가 단락되는 경우 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc, 122)은 병렬 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 밸런싱 저항(R1)과 공통 저항(Rc)의 합성 저항(R1∥Rc)은 제1 밸런싱 저항(R1)보다 작아지므로, 제1 배터리 셀(111)의 밸런싱 전류가 증가할 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱 속도가 증가할 수 있다.
한편, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(111)이 타겟 배터리 셀로 선정되어 제3 저항 스위치(S3) 및 제4 저항 스위치(S4)를 개방시키는 경우에도, 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱이 필요한 경우 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 단락시킴으로써 제2 배터리 셀(112)에 대한 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(125)는 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)이 모두 타겟 배터리 셀로 선정되는 경우 제1 밸런싱 스위치(SW1) 및 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 모두 단락시킬 수 있다. 따라서, 제1 배터리 셀(111) 및 제2 배터리 셀(112)의 셀 밸런싱 속도가 모두 증가할 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 다른 배터리 관리 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여준다.
도 6을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템(200)은 MCU(210), 메모리(220), 입출력 I/F(230) 및 통신 I/F(240)를 포함할 수 있다.
MCU(210)는 메모리(220)에 저장되어 있는 각종 프로그램(예를 들면, SOH 산출 프로그램, 셀 밸런싱 수행 대상 판정 프로그램 등)을 실행시키고, 이러한 프로그램들을 통해 복수의 배터리 셀의 SOC, SOH 등을 포함한 각종 데이터를 처리하며, 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 배터리 관리 장치(120)의 기능들을 수행하도록 하는 프로세서 또는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 배터리 관리 방법을 실행하는 프로세서일 수 있다.
메모리(220)는 배터리 셀의 SOH 산출과 셀 밸런싱 수행 대상 판정에 관한 각종 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(220)는 배터리 셀 각각의 SOC, SOH 데이터 등 각종 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 메모리(220)는 필요에 따라서 복수 개 마련될 수도 있을 것이다. 메모리(220)는 휘발성 메모리일 수도 있으며 비휘발성 메모리일 수 있다. 휘발성 메모리로서의 메모리(220)는 RAM, DRAM, SRAM 등이 사용될 수 있다. 비휘발성 메모리로서의 메모리(220)는 ROM, PROM, EAROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 상기 열거한 메모리(220)들의 예를 단지 예시일 뿐이며 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
입출력 I/F(230)는, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치(미도시)와 디스플레이(미도시) 등의 출력 장치와 MCU(210) 사이를 연결하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 I/F(230)는 서버와 각종 데이터를 송수신할 수 있는 구성으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있는 각종 장치일 수 있다. 예를 들면, 통신 I/F(230)를 통해 별도로 마련된 외부 서버로부터 배터리 셀의 SOH 산출이나 밸런싱 대상의 판정을 위한 프로그램이나 각종 데이터 등을 송수신할 수 있다.
이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 메모리(220)에 기록되고, MCU(210)에 의해 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 셀들 각각에 연결되는 복수의 밸런싱 저항들;
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 병렬 연결되는 공통 저항;
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 상기 공통 저항 사이에 연결되는 복수의 저항 스위치들; 및
    상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임을 산출하고, 상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀이 아닌 다른 배터리 셀들과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되지 않도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 저항 스위치들의 동작을 제어하는 경우, 상기 복수의 밸런싱 스위치 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 복수의 배터리 셀들 각각의 밸런싱 타임을 산출하는 단계;
    상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계; 및
    복수의 밸런싱 저항들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 밸런싱 타임에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 타겟 배터리 셀을 선정하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들 중 밸런싱 타임이 다른 배터리 셀들의 밸런싱 타임과 기준값 이상의 차이를 갖는 배터리 셀을 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀로 선정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀에 연결되는 밸런싱 저항 및 상기 밸런싱 저항에 병렬 연결되는 공통 저항 사이에 배치되는 저항 스위치의 동작을 제어하는 단계는 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 상기 공통 저항이 전기적으로 연결되도록 상기 저항 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 밸런싱 저항들과 그라운드 사이에 각각 연결되는 복수의 밸런싱 스위치들의 동작을 제어하는 단계는 상기 복수의 밸런싱 스위치들 중 상기 적어도 하나의 타겟 배터리 셀과 연결된 밸런싱 저항과 연결된 밸런싱 스위치를 단락시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치의 동작 방법.
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