KR102131804B1 - 배터리 밸런싱 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 장치 - Google Patents

배터리 밸런싱 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치가 배터리 전압 밸런싱을 수행하는 방법은 상기 배터리 관리 장치가 복수의 배터리 셀과 연결된 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면, 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하여 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 선정하는 단계, 상기 배터리 관리 장치가 상기 선정한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 온(ON)시키고, 전압 밸런싱을 위한 제1 기준 전압을 설정하는 단계 및 상기 배터리 관리 장치가 상기 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱한 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교하여 전압 밸런싱을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 밸런싱 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 장치{BATTERY BALANCING METHOD AND BATTERY MANAGEMENT APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 배터리 밸런싱 방법 및 배터리 관리 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 전원이 공급되지 않는 주차 중에 배터리 셀들의 전압 밸런싱을 수행하는 방법 및 이를 수행하는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기 에너지를 사용하는 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자동차(EV)가 상용화되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차는 충, 방전이 가능한 다수의 2차 셀(cell)이 하나의 팩(pack)으로 형성된 고전압의 배터리를 동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
한편, 전기 에너지를 이용하는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 복수의 셀 각각의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 셀의 충, 방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 장치가 필수적으로 요구된다.
이러한 배터리 관리 장치는 배터리를 효율적으로 관리하기 위해, 충 방전 과정에서 셀 전압 밸런싱 기능을 수행하게 되는데, 셀 전압 밸런싱 기능은 배터리를 충전하는 짧은 시간 동안 이루어질 뿐만 아니라, 배터리 관리 장치 내에 구성되어 있는 회로의 특성 상 낮은 방전 전류만이 흐르는 바, 효과적으로 셀 전압 밸런싱 기능을 수행하기 어렵다는 문제점이 있다.
그에 따라, 셀 전압 밸런싱을 주차 중에 수행하는 방안이 제시되었으나, 이를 위해서는 배터리 관리 장치의 제어기가 지속적으로 동작해야 하기 때문에, 제어기의 소모 전류가 급격히 증가하게 된다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 셀 전압 밸런싱을 수행하는 센싱 IC에 각 셀과 연결된 채널 별로 타이머를 추가하는 방안이 제시되었으나, 수 십 개에 이르는 셀에 타이머를 설치하고자 하는 경우, 센싱 IC의 원가가 상승한다는 문제점이 있다.
따라서 배터리 관리 장치에 있어서, 주차 중 전압 밸런싱을 수행하는 과정에서 발생하는 전류 소모를 최소화하기 위한 방법이 요구된다. 본 발명은 이에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 관리 장치의 저전압 감지 기능(UNDER VOLTAGE DETECTION)을 활용하여, 주차 중 복수의 셀의 전압 밸런싱을 수행할 수 있는 배터리 밸런싱 방법 및 배터리 관리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치가 배터리 전압 밸런싱을 수행하는 방법은, 상기 배터리 관리 장치가, 복수의 배터리 셀과 연결된 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면, 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하여 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 선정하는 단계, 상기 배터리 관리 장치가, 상기 선정한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 온(ON)시키고, 전압 밸런싱을 위한 제1 기준 전압을 설정하는 단계 및 상기 배터리 관리 장치가, 상기 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 상기 센싱한 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교한 결과를 수신하여 전압 밸런싱을 수행하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밸런싱을 수행하는 단계 이전에, 센싱 IC의 밸런싱 로직 회로 및 비교기 로직 회로를 제외한 회로를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환하고, 제어기를 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밸런싱을 수행하는 단계는, 상기 센싱한 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달하는지 확인하는 단계 및 상기 선정한 배터리 셀의 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달함을 확인하면, 상기 제어기를 웨이크업(WAKE-UP)시키는 단계, 상기 제1 기준 전압에 도달한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 오프(OFF)시키고, 전압 밸런싱을 위한 상기 제1 기준 전압 설정을 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기준 전압 설정을 해제하는 단계 이후에, 상기 복수의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르며, 상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인한 경우, 상기 센싱 IC 및 상기 제어기를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인하지 못한 경우, 상기 제어기를 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환하는 단계 및 상기 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교하여 전압 밸런싱을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 선정하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 센싱하여, 기 설정된 제2 기준 전압과 비교하는 단계 및 상기 비교 결과에 따라 상기 제2 기준 전압보다 큰 전압을 가지는 배터리 셀을 밸런싱이 필요한 배터리 셀로 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 장치는, 복수의 배터리 셀 및 차량기능전원(IGN)과 연결되고, 상기 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면, 상기 복수의 배터리 셀 중 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고, 상기 선정한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 온(ON)시키며, 전압 밸런싱을 위한 제1기준 전압을 설정하는 제어기 및 상기 제어기가 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱한 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교하여 밸런싱을 수행하는 센싱 IC를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 센싱IC가 센싱한 전압과 상기 제1 기준 전압을 비교하여 밸런싱을 수행하기 이전에, 상기 센싱 IC의 밸런싱 로직 회로 및 비교기 로직 회로를 제외한 회로를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환하고, 상기 제어기를 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 센싱 IC의 비교기 로직 회로는, 센싱한 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달하는지 확인하고, 상기 선정한 배터리 셀의 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달함을 확인하면, 상기 제어기를 웨이크업(wake-up)시키고, 상기 제어기가 상기 제1 기준 전압에 도달한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 오프(OFF)시키고, 상기 전압 밸런싱을 위한 제1 기준 전압 설정을 해제할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어기는, 상기 제1 기준 전압 설정을 해제하고, 상기 복수의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어기가 상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인한 경우, 상기 센싱 IC 및 상기 제어기를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어기가 상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인하지 못한 경우, 상기 제어기는 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환하고, 상기 센싱IC의 비교기 로직 회로가 상기 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교하여 전압 밸런싱을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어기가 상기 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면, 상기 센싱 IC가 상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 센싱하여, 기 설정된 제2 기준 전압과 비교하고, 상기 제어기가 상기 비교 결과에 따라 상기 제2 기준 전압보다 큰 전압을 가지는 배터리 셀을 밸런싱이 필요한 배터리 셀로 저장할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 셀 전압 밸런싱을 수행하는 과정에서 배터리 관리 장치 및 이와 연결된 센싱 IC의 모든 회로가 동작하지 않고, 일부 회로만이 동작하는 바, 주차 중에 소모되는 전류가 감소하여 배터리 효율이 향상되고, 자동차의 주행 거리를 증대시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 셀 전압 밸런싱을 위하여 각 셀과 연결된 채널에 타이머가 추가되지 않아, 센싱 IC 를 제조하기 위한 비용이 절감되는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 배터리 셀과 연결된 센싱 IC의 일부 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치를 활용한 배터리 전압 밸런싱 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 S110 단계를 구체화한 순서도이다.
도 5는 도 3에 도시된 S130 단계를 구체화한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 IC가 센싱하는 배터리 셀의 전압을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(10), 센싱 IC(20), 제어기(30) 및 저전압 배터리(40)를 포함하는 것을 확인할 수 있으며, 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위한 부가적인 구성을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
복수의 배터리 셀(10)은 양극에 망간계 재료, 음극에 비정질계 탄소재료로 구성된 리튬 이온 전지일 수 있다. 실시 예에 따라, 복수의 배터리 셀(10)은 직렬로 접속될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(10)이 모여 배터리 모듈을 이루고, 배터리 모듈이 모여 배터리 팩을 이루어 고전압 배터리를 구성할 수 있다.
센싱 IC(20)는 복수의 배터리 셀(10) 각각에 연결되는 채널을 통해 복수의 배터리 셀(10)의 전압을 센싱할 수 있다. 보다 구체적으로, 센싱 IC(20)는 복수의 제어 회로가 복수의 배터리 셀(10) 각각과 연결되어, 복수의 배터리 셀(10)의 전압을 센싱할 수 있다.
또한, 센싱 IC(20)는 다양한 기능을 수행하는 회로들을 구비하여 복수의 배터리 셀(10)들의 전압을 센싱하고, 이를 비교하여 복수의 배터리 셀(10)들 간의 전압 밸런싱을 수행할 수 있으나, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
제어기(30)는 복수의 배터리 셀(10)의 전압 밸런싱을 제어할 수 있으며, 차량기능전원(IGN)과 연결되어, 차량기능전원(IGN)의 온/오프(ON/OFF)를 감지하는 경우, 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)을 선정하고, 전압 밸런싱을 수행할 수 있다.
또한, 제어기(30)는 배터리 셀(10)의 전압 밸런싱을 수행하기 위해, 전압밸런싱이 필요한 것으로 선정한 배터리 셀(10)의 기준 전압을 설정하고, 설정된 기준 전압을 토대로 센싱IC(20)가 배터리 셀(10)의 전압을 센싱할 수 있으나, 이에 대한 보다 구체적인 내용 역시 후술하기로 한다.
한편, 제어기(30)는 복수의 배터리 셀(10)들과 연결된 회로에서 전압 밸런싱을 관리할 뿐만 아니라, 별도의 회로 영역에서 저전압 배터리(40)와 연결되어, 저전압 배터리(40)를 관리할 수도 있다. 이때, 저전압 배터리(40)는 보조 전원으로 볼 수 있는바, 예를 들어 12V의 출력을 가지고, 차량 내부의 저전압 부하에 전력을 공급할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치(100)의 구성을 개략적으로 설명하였다. 본 발명에 따르면, 이러한 배터리 관리 장치(100)를 활용하여 차량기능전원(IGN)의 온/오프(ON/OFF)에 따라 복수의 배터리 셀(10)의 전압 밸런싱을 수행할 수 있는 바, 배터리 전압을 밸런싱하기 위한 비용이 절감될 수 있다. 이하에서는, 센싱 IC(20)에서 설명을 보류한 센싱 IC(20)의 구성에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 배터리 셀(10)과 연결된 센싱IC(20)의 일부 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 센싱 IC(20)는 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)를 포함하는 것을 확인할 수 있으며, 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)의 양 단은 복수의 배터리 셀(10)의 양극 단자 및 음극 단자에 각각 연결되어 있음을 확인할 수 있다.
밸런싱 로직 회로(21)는 밸런싱 제어기(21a) 및 밸런싱 스위치(21b)를 포함할 수 있으며, 여기서 밸런싱 스위치(21a)는 NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터일 수 있다. 밸런싱 로직 회로(21)의 밸런싱 제어기(21a)는 제어기(30)의 요청에 따라 밸런싱 스위치(21b)의 온/오프(ON/OFF)를 제어하여, 배터리 셀(10)의 전압이 충, 방전 되는 것을 관리할 수 있다.
비교기 로직 회로(23)의 비교기(23a)는 양 단에서 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하고, 센싱한 전압과 제어기(30)가 설정한 기준 전압을 비교하여 비교 결과를 출력할 수 있으며, 밸런싱 스위치(21b)가 온(ON)되는 경우 비교기(23a)가 동작을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 기준 전압은 제어기(30)가 전압 밸런싱이 필요한 것으로 선정한 배터리 셀(10)에 설정하는 기준 전압일 수 있다. 그에 따라, 비교기(23a)는 센싱한 전압이 제어기(30)가 설정한 기준 전압에 도달할 경우, 이를 알리는 신호를 제어기(30)로 송신할 수 있다.
한편, 센싱 IC(20)의 밸런싱 로직 회로(21)와 비교기 로직 회로(23)는 차량기능전원(IGN)이 오프(OFF)된 이후, 즉 시동이 꺼져 있을 때에도 복수의 배터리 셀(10)의 전압을 밸런싱하기 위해 동작할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치(100) 내의 센싱 IC(20)의 제어 회로에 대하여 설명하였다. 본 발명에 따르면, 센싱 IC(20)의 제어 회로가 복수의 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하고, 이를 비교하여 제어기(30)가 전압 밸런싱을 수행할 수 있는 적절한 시점을 제공할 수 있는 바, 센싱 IC(20)에 별도의 타이머가 필요하지 않게 되는바, 경제적인 효과를 획득할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 활용하여 배터리 셀(10)의 전압을 주차 중에서도 효과적으로 밸런싱할 수 있는 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 활용한 배터리 전압 밸런싱 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 삭제 또는 추가되거나, 어느 한 단계가 다른 단계에 포함되어 수행될 수 있음은 물론이다.
한편, 각 단계는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행되는 것으로 볼 수 있으나, 이하의 설명에서는 본 발명에 대한 이해의 편의를 도모하기 위해 배터리 관리 장치(100)가 포함하는 센싱 IC(20) 또는 제어기(30)에 의해 수행되는 것으로 설명하도록 한다.
우선, 제어기(30)가 복수의 배터리 셀(10)과 연결된 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면, 센싱IC(20)가복수의 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하고, 제어기(30)가 센싱된 전압을 비교하여 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)을 선정한다(S110).
한편, 종래의 배터리 관리 장치(100)가 복수의 배터리 셀(10)을 밸런싱하는 과정은, 차량의 전원이 켜져 있는 환경에서 수행된 것으로, 차량의 주행거리 증대를 위해서는 제어기(30)가 복수의 배터리 셀(10)의 전압을 보다 자주 밸런싱하여야 하는 문제점이 있었다. 그에 따라, 제어기(30)는 차량기능전원(IGN)이 오프(OFF)된 이 후에, 센싱 IC(20)가 센싱한 복수의 배터리 셀(10)의 전압을 비교하여 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)을 선정한다.
여기서, 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)은 복수의 배터리 셀(10) 중 기 설정된 전압보다 큰 전압을 가지는 배터리 셀(10)일 수 있으며, 이에 대한 보다 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
이후, 제어기(30)는 선정된 배터리 셀(10)과 연결된 밸런싱 스위치(21b)를 온(ON)시키고, 전압 밸런싱을 위한 제1 기준 전압(V1)을 설정한다(S120). 이는 앞서 제어기(30)에 대한 설명에서 보류한 기준 전압 설정에 관한 것으로, 제어기(30)가 설정하는 제1 기준 전압(V1)은 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)에 한정적으로 적용될 수 있으며, 그에 따라 센싱 IC(20)는 복수 개의 제어 회로 중 밸런싱이 필요한 제어 회로만을 동작시킬 수 있다.
또한, 제어기(30)가 설정하는 제1 기준 전압(V1)은 배터리 셀(10)에 기본적으로 설정되어 있는 최저 전압보다 클 수 있다. 여기서 최저 전압은 차량이 주행 중인 경우, 배터리 셀(10)이 방전되지 않을 최소한의 전압으로서, 예를 들어, 1.5V ~ 2.5V 정도일 수 있다. 제어기(30)는 이러한 최저 전압보다 높고, 배터리 셀(10)의 충, 방전이 안정적으로 이루어질 수 있는 최대 전압보다 낮은 값을 제1 기준 전압(V1)으로 설정할 수 있다.
마지막으로, 센싱 IC(20)는 제어기(30)가 선정한 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하고, 센싱한 전압을 제1 기준 전압(V1)과 비교하여 전압 밸런싱을 수행한다(S130). 이때, 센싱 IC(20)의 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)만이 동작하여 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하고, 비교를 수행할 수 있으며, 나머지 로직 회로 또는 구성 요소들은 저 전력 모드(LOW POWER MODE) 또는 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환되어 차량기능전원(IGN)이 오프(OFF)되어 있는 시간 동안 소모되는 전류를 최소화할 수 있다.
한편, 차량기능전원(IGN)이 오프(OFF)되면 배터리 관리 장치(100)는 저전압 배터리(40)를 이용하여 전원을 공급받아 전압 밸런싱을 수행하게 된다. 그에 따라, 제어기(30) 전체가 복수의 셀(10) 전체의 전압을 측정하여, 전압 밸런싱을 수행하는 것은 비효율적인 바, 전압 밸런싱을 수행할 배터리 셀(10)을 선정하는 과정이 선행되어야 한다. 이는 S110단계에서 설명을 보류한 내용이며, 도 4에 대한 내용이다.
도 4는 도 3에 도시된 S110 단계를 구체화한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제어기(30)가 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF)를 감지하면(S105), 센싱 IC(20)가 복수의 배터리 셀(10) 중 식별 번호 1번을 가지는 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하고(S110-1), 센싱된 전압이 기 설정된 제2 기준 전압(V2)보다 큰 전압인지 비교하는 과정을 수행한다(S110-2). 예를 들어, 기 설정된 제2 기준 전압(V2)은 센싱한 복수의 배터리 셀(10)들의 전압의 평균을 의미할 수 있다.
한편, S110-1 단계에서, 식별 번호 1번을 가지는 배터리 셀(10)부터 순차적으로 전압을 센싱하는 것으로 기재하였으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 센싱 IC(20)가 임의로 설정한 특정 순서에 따라 배터리 셀(10)의 전압이 센싱될 수도 있다. 그에 따라 복수의 배터리 셀(10) 각각은 한 번의 전압 센싱 과정을 거칠 수 있다.
비교 결과에 따라, 센싱 IC(20)가 센싱한 전압이 제2 기준 전압(V2)보다 큰 전압을 가지는 경우, 제어기(30)는 해당 배터리 셀(10)을 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)로 저장한다(S110-3, 예). 이때, 제어기(30)는 해당 배터리 셀(10)의 전압과 함께 식별번호를 저장할 수 있다.
이와 반대로, 센싱 IC(20)가 센싱한 전압이 제2 기준 전압(V2)보다 작은 전압을 가지는 경우, 제어기(30)는 해당 배터리 셀(10)을 전압 밸런싱이 필요하지 않은 배터리 셀(10)로 간주하고 다음 과정을 수행할 수 있다(S110-4, 아니오).
S110-2, S110-3 단계 이후에, 제어기(30)는 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)의 식별 번호 또는 밸런싱이 필요하지 않은 배터리 셀(10)의 식별 번호가 복수의 배터리 셀(10) 전체 개수와 동일한지 확인하는 과정을 수행할 수 있다.(S110-4)
그에 따라, 현재 센싱 IC(20)가 센싱한 배터리 셀(10)의 식별 번호가 복수의 배터리 셀(10) 전체의 개수와 동일하지 않은 경우, 현재 식별 번호에서 1을 더하여(S110-5, 아니오), 다음 식별 번호를 가지는 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하여 제2 기준 전압(V2)과 비교할 수 있다. 반대로, 현재 센싱 IC(20)가 센싱한 배터리 셀(10)의 식별 번호가 복수의 배터리 셀(10)의 전채 개수와 동일한 경우, 제어기(30)는 모든 배터리 셀(10)의 전압을 센싱한 것으로 판단하여, 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)을 선정하기 위한 다음 과정을 수행할 수 있다(S110, 예)
한편, 제어기(30)가 선정한 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)의 개수가 적어도 하나 이상 존재하는 바, 센싱 IC(20)의 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)는 선정된 배터리 셀(10) 모두가 제1 기준 전압(V1)에 맞춰질 때까지 동작하여야 한다. 이는 앞서 제어기(30)에서설명 보류한 내용이며, 이하 설명하도록 한다.
도 5는 도 3에 도시된 S130 단계를 구체화한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 IC(20)가 센싱하는 배터리 셀(10)의 전압을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 센싱 IC(20)의 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)가 제어기(30)의 요청에 따라 전압 밸런싱을 수행하기 이전에, 센싱 IC(20)의 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)를 제외한 회로를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환되고, 제어기(30)는 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환됨을 확인할 수 있다(S130-1). 앞서 설명한 바와 같이, 차량기능전원(IGN)이 오프(OFF)됨에 따라, 소모되는 전류를 최소화하기 위한 것으로, 특히 제어기(30)와 연결된 저전압 배터리(40)의 로직 회로도 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환되어, 저전압 배터리(40)의 방전을 방지할 수 있다.
이후, 센싱 IC(20)는 제어기(30)를 통해 선정된 배터리 셀(10)의 전압이 제1 기준 전압(V1)에 도달하는지 확인한다(S130-2). 다시 말해서, 센싱 IC(20)는 밸런싱이 필요한 것으로 선정한 배터리 셀(10)의 전압이 제1 기준 전압(V1)보다 작거나 같은 경우, 이를 제1 기준 전압(V1)에 도달한 것으로 판단할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6을 참조하면, 차량기능전원(IGN)이 오프(OFF)된 후, 센싱IC(20)가센싱한 복수의 배터리 셀(10)의 전압은 막대그래프 형태로 표현될 수 있다. 예를 들어, 앞선 S110 단계에서 제어기(30)가 복수의 배터리 셀(10) 중 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀(10)로 3번, 4번, 7번 배터리 셀(10)을 선정한 경우, 3번, 4번, 7번 배터리 셀(10)에 대한 제1 기준 전압(V1)이 그림과 같이 설정될 수 있다. 이 후, 제어기(30)에 의해 밸런싱 스위치(21b)가 온(ON) 됨에 따라, 3번, 4번, 7번 배터리 셀(10)의 전압은 지속적으로 소모되며, 비교기 로직 회로(23)의 비교기(23a)는 3번, 4번, 7번 배터리 셀(10)의 전압을 지속적으로 센싱하여, 센싱된 전압과 제1 기준 전압(V1)을 비교할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 비교기(23a)는 센싱된 전압이 제1 기준 전압(V1) 에 도달하는 경우, 이를 알리는 신호를 생성하여 제어기(30)로 송신할 수 있으며, 제1 기준 전압(V1)에 도달한 배터리 셀(10)의 전압을 저장한다(S130-3, 예). 예를 들어, 비교기 로직 회로(23)는 4번 배터리 셀(10)의 센싱 전압이 제1 기준 전압(V1)과 같거나 작은 것으로 확인된 경우, 4번 배터리 셀(10)을 전압 밸런싱이 완료된 배터리 셀(10)로 지정하는 정보를 저장부(미도시)에 저장할 수 있다.
한편, 비교기(23a)는 제어기(30)가 선정한 배터리 셀(10)이 제1 기준 전압(V1)에 도달함을 확인하지 못한 경우, 지속적으로 선정한 배터리 셀(10)의 전압이 소모될 때까지 배터리 셀(10)의 전압을 센싱한다(S130-2, 아니오).
이후, 센싱 IC(20)의 비교기 로직 회로(23), 즉 비교기(23a)가 선정된 배터리 셀(10)의 전압이 제1 기준 전압(V1)에 도달함을 확인하면, 제어기(30)를 웨이크업(WAKE-UP)시킨다(S130-4). 여기서, 웨이크업(WAKE-UP)되는 제어기(30)는 복수의 배터리 셀(10) 및 센싱 IC(20)와 연결된 일부 로직 회로일 수 있으며, 저전압 배터리(40)와 연결된 로직 회로의 일부도 추가로 웨이크업(WAKE-UP)되어 복수의 배터리 셀(10)의 전압 밸런싱을 수행하기 위한 전류를 공급할 수 있다.
제어기(30)가 웨이크업(WAKE-UP) 됨에 따라, 제어기(30)는 제1 기준 전압(V1)에 도달한 배터리 셀(10)과 연결된 밸런싱 스위치(21b)를 오프(OFF)시키고, 전압 밸런싱을 위한 제1 기준 전압(V1) 설정을 해제한다(S130-5).
하나의 배터리 셀(10)에 대한 전압 밸런싱이 완료된 후, 제어기(30)는 복수의 배터리 셀(10)과 연결된 밸런싱 스위치(23b)의 오프(OFF)를 확인한다(S140). 다시 말해서, 제어기(30)는 밸런싱 스위치(23b)를 통해 센싱IC(20)와 연결된 복수의 배터리 셀(10) 전체의 전압 밸런싱이 완료되었는지 확인할 수 있다.
이때, 제어기(30)가 밸런싱 스위치(23b)의 오프(OFF)를 확인하지 못한 경우, 다시 말해서 어느 하나의 밸런싱 스위치(23b)가 온(ON) 되어 있는 경우, 전압 밸런싱이 되지 못한 배터리 셀(10)이 존재하는 것으로 판단하여, 다시 전압 밸런싱을 수행한다.
그에 따라, 센싱 IC(20)의 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)를 제외한 회로를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로, 제어기(30)는 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환되며, 센싱 IC(20)의 밸런싱 로직 회로(21) 및 비교기 로직 회로(23)는 전압 밸런싱이 되지 못한 배터리 셀(10)이 제1 기준 전압(V1)에 도달할 때까지 밸런싱을 수행할 수 있다(S130-1, 아니오).
한편, 제어기(30)는 배터리 셀(10)과 연결된 밸런싱 스위치(23b)가 모두 오프(OFF)되었음을 확인한 경우, 센싱 IC(20) 및 제어기(30)의 전체 로직 회로를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환한다(S150, 예).
그에 따라, 제어기(30)가 S110 단계에서 선정한 배터리 셀(10)의 전압 밸런싱이 모두 완료될 수 있으며, 차량의 주차 중에도 기존 배터리 관리 장치(100)의 구성 요소들을 활용하여 복수의 배터리 셀(10)의 전압 밸런싱을 효과적으로 수행할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 배터리 관리 장치
10: 배터리 셀
20: 센싱 IC
21: 밸런싱 로직 회로
21a: 밸런싱 제어기
21b: 밸런싱 스위치
23: 비교기 로직 회로
23a: 비교기
30: 제어기
40: 저전압 배터리

Claims (14)

  1. 배터리 관리 장치가 배터리 전압 밸런싱을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치가, 복수의 배터리 셀과 연결된 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면, 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하여 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 선정하는 단계;
    상기 배터리 관리 장치가, 상기 선정한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 온(ON)시키고, 전압 밸런싱을 위한 제1 기준 전압을 설정하는 단계;
    상기 배터리 관리 장치가, 제어기를 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환하는 단계; 및
    상기 배터리 관리 장치가, 상기 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 상기 센싱한 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교한 결과를 수신하여 전압 밸런싱을 수행하는 단계; 를 포함하되,
    상기 밸런싱을 수행하는 단계는,
    상기 배터리 관리 장치가, 상기 센싱한 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달하는지 확인하는 단계; 및
    상기 선정한 배터리 셀의 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달함을 확인하면, 제어기를 웨이크업(WAKE-UP)시키는 단계;
    를 포함하는 배터리 전압 밸런싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱을 수행하는 단계 이전에,
    센싱 IC의 밸런싱 로직 회로 및 비교기 로직 회로를 제외한 회로를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 전압 밸런싱 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기를 웨이크업(WAKE-UP)시키는 단계 이후에,
    상기 제1 기준 전압에 도달한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 오프(OFF)시키고, 전압 밸런싱을 위한 상기 제1 기준 전압 설정을 해제하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 전압 밸런싱 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 기준 전압 설정을 해제하는 단계 이후에,
    상기 복수의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 전압 밸런싱 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인한 경우, 상기 센싱 IC 및 상기 제어기를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 전압 밸런싱 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인하지 못한 경우,
    상기 제어기를 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환하는 단계; 및
    상기 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교하여 전압 밸런싱을 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 전압 밸런싱 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 선정하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 센싱하여, 기 설정된 제2 기준 전압과 비교하는 단계; 및
    상기 제2 기준 전압과의 비교 결과에 따라 상기 제2 기준 전압보다 큰 전압을 가지는 배터리 셀을 밸런싱이 필요한 배터리 셀로 저장하는 단계;
    를 더 포함하는 배터리 전압 밸런싱 방법.
  8. 복수의 배터리 셀 및 차량기능전원(IGN)과 연결되고, 상기 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면, 상기 복수의 배터리 셀 중 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고, 상기 선정한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 온(ON)시키며, 전압 밸런싱을 위한 제1기준 전압을 설정하는 제어기; 및
    상기 제어기가 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱한 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교하여 밸런싱을 수행하는 센싱 IC; 를 포함하되,
    상기 센싱 IC가 밸런싱을 수행하기 이전에, 상기 제어기가 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환되며,
    상기 센싱 IC의 비교기 로직 회로는,
    센싱한 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달하는지 확인하고, 상기 선정한 배터리 셀의 전압이 상기 제1 기준 전압에 도달함을 확인하면, 상기 제어기를 웨이크업(WAKE-UP)시키는,
    배터리 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센싱 IC가 센싱한 전압과 상기 제1 기준 전압을 비교하여 밸런싱을 수행하기 이전에,
    상기 센싱 IC의 밸런싱 로직 회로 및 비교기 로직 회로를 제외한 회로를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환하는,
    배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센싱 IC의 비교기 로직 회로는,
    상기 제어기가 상기 제1 기준 전압에 도달한 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치를 오프(OFF)시키고, 상기 전압 밸런싱을 위한 제1 기준 전압 설정을 해제하는,
    배터리 관리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 기준 전압 설정을 해제하고, 상기 복수의 배터리 셀과 연결된 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인하는,
    배터리 관리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인한 경우, 상기 센싱 IC 및 상기 제어기를 저 전력 모드(LOW POWER MODE)로 전환하는,
    배터리 관리 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 밸런싱 스위치의 오프(OFF)를 확인하지 못한 경우,
    상기 제어기는 파워다운 모드(POWER DOWN MODE)로 전환하고, 상기 센싱 IC의 비교기 로직 회로가 상기 선정한 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 상기 제1 기준 전압과 비교하여 전압 밸런싱을 수행하는,
    배터리 관리 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 차량기능전원(IGN)의 오프(OFF) 신호를 감지하면,
    상기 센싱 IC가 상기 복수의 배터리 셀들의 전압을 센싱하여, 기 설정된 제2 기준 전압과 비교하고,
    상기 제어기가 상기 제2 기준 전압과의 비교 결과에 따라 상기 제2 기준 전압보다 큰 전압을 가지는 배터리 셀을 밸런싱이 필요한 배터리 셀로 저장하는,
    배터리 관리 장치.
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