KR20210073336A

KR20210073336A - 배터리 관리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20210073336A
Application number: KR1020190164057A
Authority: KR
Inventors: 김한솔; 강수원; 이범희; 이상기
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-18

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 셀의 전압 및 온도를 측정하고, 측정한 복수의 전압값 및 복수의 온도값을 출력하도록 구성된 측정부; 및 상기 측정부로부터 상기 복수의 전압값 및 상기 복수의 온도값을 수신하고, 상기 복수의 배터리 셀 중 전압이 가장 큰 제1 셀 및 전압이 가장 작은 제2 셀을 결정하고, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 산출하며, 산출된 전압 차이와 상기 복수의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀에서 상기 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출하고, 상기 산출된 전압 차이를 전압 임계값과 비교하고, 상기 산출된 전압 차이가 상기 전압 임계값 미만이면, 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀을 밸런싱시키도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING BATTERY}

본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀의 밸런싱을 효과적으로 수행할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 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, 이러한 배터리가 병렬로 연결된 경우, 배터리 간의 용량이 일정 수준 이상으로 차이나게 되면, 배터리 발화, 빠른 노후화 및 돌입 전류로 인한 릴레이 융착 등의 여러 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 병렬로 연결된 배터리의 용량 차이를 해소하기 위하여 종래에는 배터리 밸런싱 기술이 개시되었다.

특허문헌 1은 다수의 배터리 셀의 전압 레벨을 감시하고, 밸런싱을 수행하는 배터리 셀 감시 및 균형 회로이다. 특허문헌 1을 참조하면, 앞서 설명한 배터리 셀 간의 용량 차이에 따른 문제를 해결하기 위하여, 다수의 배터리 셀의 전압 차이가 배터리 셀 균형 문턱 값보다 높을 경우, 배터리 셀을 밸런싱하는 구성이 개시되었다.

다만, 특허문헌 1은 배터리 셀의 밸런싱 과정에서 발생되는 돌입 전류에 의해 배터리 팩의 구성 요소들(예컨대, 셀 릴레이, 메인 릴레이 등)이 손상받을 수 있는 점에 대해서는 전혀 인지하지 못하는 문제가 있다. 즉, 특허문헌 1은 배터리 셀의 전압 차이에 기반하여 밸런싱을 수행하는 데에만 초점이 맞춰져 있으면, 배터리 셀의 밸런싱 과정에서 배터리 팩 내부 구성들이 손상을 입을 수 있는 점은 간과한 문제가 있다.

KR 10-0616163 B1

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 배터리 셀을 밸런싱하는 과정에서 복수의 셀 릴레이가 손상되는 것을 방지할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 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 셀의 전압 및 온도를 측정하고, 측정한 복수의 전압값 및 복수의 온도값을 출력하도록 구성된 측정부; 및 상기 측정부로부터 상기 복수의 전압값 및 상기 복수의 온도값을 수신하고, 상기 복수의 배터리 셀 중 전압이 가장 큰 제1 셀 및 전압이 가장 작은 제2 셀을 결정하고, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 산출하며, 산출된 전압 차이와 상기 복수의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출하고, 상기 산출된 전압 차이를 전압 임계값과 비교하고, 상기 산출된 전압 차이가 상기 전압 임계값 미만이면, 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀을 밸런싱시키도록 구성된 제어부를 포함한다.

상기 복수의 배터리 셀은, 각각의 일단에 셀 릴레이가 연결되고, 연결된 복수의 셀 릴레이의 동작 상태에 따라 서로 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 온도값 중 상기 제1 셀의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀의 저항값을 산출하고, 산출된 저항값과 상기 산출된 전압 차이에 기반하여 상기 돌입 전류를 산출하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 산출된 돌입 전류와 참조 저항값에 기반하여 상기 전압 임계값을 설정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 온도값을 고려하여 상기 복수의 배터리 셀의 합성 저항값을 산출하고, 산출된 합성 저항값을 상기 참조 저항값으로 미리 설정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 셀 릴레이 각각에 대래 미리 설정된 예상 구동 횟수에 기반하여, 상기 전류 임계값을 미리 설정하도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 산출된 돌입 전류가 상기 전류 임계값 미만이면, 상기 복수의 배터리 셀을 연결시켜 상기 밸런싱이 수행되도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 셀 릴레이의 동작 상태를 턴-온 상태로 전환시켜, 상기 복수의 배터리 셀 간의 충전 및 방전이 수행되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는 상기 복수의 배터리 셀과 연결되고, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 복수의 배터리 셀 각각을 충전시키도록 구성된 충전부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 산출된 돌입 전류가 상기 전류 임계값 이상이면, 상기 충전부를 통해 상기 제2 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 복수의 전압값 중에서 상기 제2 셀의 전압과 가장 근접한 전압값을 선택하고, 상기 제2 셀의 전압이 선택된 전압값에 도달할 때까지만 상기 충전부를 통해 상기 제2 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제2 셀의 전압이 상기 선택된 전압값에 도달하면, 상기 돌입 전류를 재산출하고, 재산출된 돌입 전류에 기반하여 상기 전압 임계값을 재설정하고, 재설정된 전압 임계값과 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 비교한 결과 및 상기 재산출된 돌입 전류와 상기 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀을 밸런싱시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은 복수의 배터리 셀의 전압 및 온도를 측정하는 전압 및 온도 측정 단계; 상기 복수의 배터리 셀 중 전압이 가장 큰 제1 셀 및 전압이 가장 작은 제2 셀을 결정하는 셀 결정 단계; 상기 셀 결정 단계에서 결정된 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 산출하는 전압 차이 산출 단계; 산출된 전압 차이와 측정된 복수의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출하는 돌입 전류 산출 단계; 상기 산출된 전압 차이를 전압 임계값과 비교하는 전압 비교 단계; 및 상기 전압 비교 단계에서의 비교 결과, 상기 산출된 전압 차이가 상기 전압 임계값 미만이면, 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀을 밸런싱시키는 셀 밸런싱 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀의 밸런싱 과정에서 복수의 셀 릴레이가 손상되는 것이 방지될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀의 현재 상태를 반영하여 밸런싱 필요 여부가 결정되기 때문에, 불필요한 밸런싱이 수행되는 것이 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 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 전류 임계값에 따른 셀 릴레이의 예상 구동 횟수의 예시를 그래프로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법에서, 전압 비교 단계 및 셀 밸런싱 단계를 보다 구체적으로 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 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.

도 2을 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 셀(10), 셀 릴레이(20), 메인 릴레이(30) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 배터리 팩(1)에는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 및 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)가 포함될 수 있다.

상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)은, 각각의 일단에 셀 릴레이가 연결되도록 구성될 수 있다.

여기서, 배터리 셀(10)은 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀로 간주될 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 배터리 팩(1)의 다른 실시예로써, 배터리 팩(1)에 포함된 배터리 셀(10)은 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 모듈일 수 있다. 즉, 배터리 셀이라는 용어 및 도면에 도시된 실시예에 의해 배터리 모듈이 배터리 팩에 구비될 수 있는 실시예가 제한 또는 제외되지 않음을 유의한다.

다만, 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 배터리 팩(1)에 단위 셀인 배터리 셀(10)이 포함된 것으로 설명한다. 또한, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 개수에는 제한이 없으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 4개의 배터리 셀이 구비된 것으로 설명한다.

상기 셀 릴레이는, 배터리 팩(1)의 메인 충방전 경로 상에 배치된 메인 릴레이(30)와 구분될 수 있다. 예컨대, 도 3의 실시예에서, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 양극 단자에는 셀 릴레이가 연결될 수 있다. 도 3의 실시예에 의해 셀 릴레이(20)가 배치된 위치는 제한되지 않으며, 셀 릴레이(20)는 대응되는 배터리 셀(10)의 양극 단자 또는 음극 단자 중 어느 하나의 단자 측에 연결될 수 있다. 다만, 도 3의 실시예와 달리, 셀 릴레이(20)가 배터리 셀(10)의 음극 단자 측에 연결된 경우라면, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 전압을 측정하기 위한 복수의 센싱 라인(SL1, SL2, SL3, SL4, SL5)의 연결 지점이 변경될 수 있음을 유의한다.

또한, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)은 연결된 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 동작 상태에 따라 서로 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)은 서로 병렬로 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 동작 상태가 모두 턴-온 상태로 되면, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)은 모두 병렬로 연결될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 측정부(110), 제어부(120) 및 저장부(140)를 포함할 수 있다.

측정부(110)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 전압 및 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.

측정부(110)는 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정 유닛(110)과 배터리 셀의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정 유닛(120)을 포함할 수 있다.

전압 측정 유닛(110)은 복수의 센싱 라인(SL1, SL2, SL3, SL4, SL5)을 통해서 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 전압을 측정할 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 전압 측정 유닛(110)은 제1 센싱 라인(SL1) 및 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 제1 배터리 셀(10a)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압 측정 유닛(110)은 제2 센싱 라인(SL2) 및 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 제2 배터리 셀(10b)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압 측정 유닛(110)은 제3 센싱 라인(SL3) 및 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 제3 배터리 셀(10c)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전압 측정 유닛(110)은 제4 센싱 라인(SL4) 및 제5 센싱 라인(SL5)을 통해서 제4 배터리 셀(10d)의 전압을 측정할 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예는 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)가 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 양극 단자에만 연결되어 있기 때문에, 제5 센싱 라인(SL5)이 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 음극 단자에 공통으로 연결될 수 있다. 다만, 도 3의 실시예에 의해서 전압 측정 유닛(110)에 연결된 센싱 라인의 구성이 한정되지 않는다. 즉, 도 3의 실시예와 달리, 셀 릴레이가 배치된 위치가 변경된 경우에는, 그에 대응되게 센싱 라인의 개수 및 연결 위치가 변경될 수 있음을 유의한다.

온도 측정 유닛(120)은 복수의 센싱 라인(SL6, SL7, SL8, SL9)을 통해서 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 온도를 측정할 수 있다. 예컨대, 온도 측정 유닛(120)은 일반적으로 사용되는 온도 센서가 적용될 수 있다. 즉, 온도 측정 유닛(120)은 복수의 센싱 라인(SL6, SL7, SL8, SL9)을 통해 전도되는 열을 측정하여, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 온도를 측정할 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 온도 측정 유닛(120)은 제6 센싱 라인(SL6)을 통해서 제1 배터리 셀(10a)의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도 측정 유닛(120)은 제7 센싱 라인(SL7)을 통해서 제2 배터리 셀(10b)의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도 측정 유닛(120)은 제8 센싱 라인(SL8)을 통해서 제3 배터리 셀(10c)의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도 측정 유닛(120)은 제9 센싱 라인(SL9)을 통해서 제4 배터리 셀(10d)의 온도를 측정할 수 있다.

측정부(110)는 측정한 복수의 전압값 및 복수의 온도값을 출력하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 측정부(110)는 제어부(120)와 유선 및/또는 무선으로 연결되어 서로 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 측정부(110)는 제어부(120)와 유선 라인을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 전압 측정 유닛(110)이 측정한 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 전압값 및 온도 측정 유닛(120)이 측정한 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 온도값을 상기 유선 라인을 통해서 제어부(120)에게 출력할 수 있다.

제어부(120)는 상기 측정부(110)로부터 상기 복수의 전압값 및 상기 복수의 온도값을 수신하도록 구성될 수 있다.

그리고, 제어부(120)는 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 중 전압이 가장 큰 제1 셀 및 전압이 가장 작은 제2 셀을 결정하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 제어부(120)는 측정부(110)로부터 수신한 복수의 전압값을 전압 크기에 따라 정렬할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 전압 크기가 가장 큰 배터리 셀을 제1 셀로 결정하고, 전압 크기가 가장 작은 배터리 셀을 제2 셀로 결정할 수 있다.

예컨대, 제1 배터리 셀(10a)의 전압이 4.3[V]이고, 제2 배터리 셀(10b)의 전압이 4.25[V]이고, 제3 배터리 셀(10c)의 전압이 4.2[V]이고, 제4 배터리 셀(10d)의 전압이 4.15[V]라고 가정한다. 제어부(120)는 전압 크기에 따라서 제1 배터리 셀(10a)을 제1 셀로 결정하고, 제4 배터리 셀(10d)을 제2 셀로 결정할 수 있다.

제어부(120)는 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 산출하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 앞선 실시예와 같이 제1 배터리 셀(10a)이 제1 셀로 결정되고, 제4 배터리 셀(10d)이 제2 셀로 결정되었다고 가정한다. 제어부(120)는 제1 셀과 제2 셀 간의 전압 차이를 0.15[V](4.3[V] - 4.15[V])로 산출할 수 있다.

제어부(120)는 산출된 전압 차이와 상기 복수의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출하도록 구성될 수 있다.

여기서, 제1 셀과 제2 셀 간의 돌입 전류란, 제1 셀과 제2 셀이 병렬로 연결되었을 때, 제1 셀에서 제2 셀로 유입될 수 있는 전류를 의미한다. 즉, 돌입 전류는 제1 셀과 제2 셀의 전위차에 의해서 제1 셀에서 제2 셀로 흐를 수 있는 전류량을 의미한다.

제어부(120)는 돌입 전류를 산출하기 위하여, 제1 셀의 저항값을 산출할 수 있다. 즉, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 온도값 중 상기 제1 셀의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀의 저항값을 산출하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어부(120)는 저장부(140)에 저장된 온도-저항 프로파일을 참조하여, 제1 셀 및 제2 셀의 저항값을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 제1 셀의 온도값을 상기 온도-저항 프로파일에 대입하여, 제1 셀의 저항값을 산출할 수 있다.

그리고, 제어부(120)는 산출한 저항값과 상기 산출된 전압 차이에 기반하여 상기 돌입 전류를 산출하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어부(120)는 산출한 제1 셀의 저항값과 제1 셀과 제2 셀 간이 전압 차이에 기반하여 제1 셀과 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(120)는 옴의 법칙을 이용하여 상기 돌입 전류를 산출할 수 있다.

제어부(120)는 상기 산출된 전압 차이를 전압 임계값과 비교하도록 구성될 수 있다.

여기서, 전압 임계값은 제어부(120)에 의해 설정된 값일 수 있다. 즉, 상기 제어부(120)는, 상기 산출된 돌입 전류와 참조 저항값에 기반하여 상기 전압 임계값을 설정할 수 있다. 이 때, 제어부(120)는 옴의 법칙을 이용하여, 산출한 돌입 전류와 참조 저항값으로부터 전압 임계값을 설정할 수 있다.

바람직하게, 참조 저항값은 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 합성 저항값으로서, 제어부(120)에 의해 설정된 값일 수 있다. 제어부(120)가 참조 저항값을 설정하는 구체적인 내용은 후술한다.

제어부(120)는 상기 산출된 전압 차이가 상기 전압 임계값 미만이면, 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 밸런싱시키도록 구성될 수 있다.

먼저, 제어부(120)는 제1 셀과 제2 셀 간의 전압 차이가 전압 임계값 미만이면, 산출한 돌입 전류와 전류 임계값을 비교할 수 있다. 여기서, 전류 임계값은 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 예상 구동 횟수에 기반하여 제어부(120)에 의해 미리 설정된 값이다. 전류 임계값을 설정하는 구체적인 내용은 후술한다.

즉, 제어부(120)는 가장 전압이 큰 배터리 셀(제1 셀)과 가장 전압이 작은 배터리 셀(제2 셀) 간의 전압 차이에 기반하여, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 밸런싱이 필요한지를 먼저 판단할 수 있다.

그리고, 상기 제어부(120)는, 상기 산출된 돌입 전류가 상기 전류 임계값 미만이면, 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 연결시켜 상기 밸런싱이 수행되도록 구성될 수 있다.

즉, 제어부(120)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 밸런싱이 수행될 때, 가장 전압이 큰 배터리 셀(제1 셀)에서 가장 전압이 작은 배터리 셀(제2 셀) 간의 전위차에 따른 돌입 전류에 의해서, 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)가 손상될 가능성이 있는지를 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 산출한 돌입 전류가 전류 임계값 미만이면, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 연결시켜 밸런싱이 수행되도록 할 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 제어 라인(CL1)을 통해 제1 셀 릴레이(20a)와 연결되고, 제2 제어 라인(CL2)을 통해 제2 셀 릴레이(20b)와 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제3 제어 라인(CL3)을 통해 제3 셀 릴레이(20c)와 연결되고, 제4 제어 라인(CL4)을 통해 제4 셀 릴레이(20d)와 연결될 수 있다.

그리고, 제어부(120)는 산출한 돌입 전류가 전류 임계값 미만이면, 제1 제어 라인(CL1), 제2 제어 라인(CL2), 제3 제어 라인(CL3) 및 제4 제어 라인(CL4)에 턴-온 제어 신호를 출력함으로써, 제1 셀 릴레이(20a), 제2 셀 릴레이(20b), 제3 셀 릴레이(20c) 및 제4 셀 릴레이(20d)의 동작 상태를 턴-온 상태로 전환시킬 수 있다.

이 경우, 제1 배터리 셀(10a), 제2 배터리 셀(10b), 제3 배터리 셀(10c) 및 제4 배터리 셀(10d)은 서로 전기적으로 병렬 연결되어, 밸런싱이 수행될 수 있다. 즉, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 동작 상태를 턴-온 상태로 전환시켜, 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 간의 충전 및 방전이 수행되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 밸런싱하기 전에, 1차적으로 배터리 셀 간의 전압 차이에 기반하여 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하고, 2차적으로 밸런싱 과정에서 셀 릴레이에 손상이 가해질 수 있는지 여부를 판단함으로써, 밸런싱 과정에서 셀 릴레이가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 배터리 관리 장치(100)는 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 서로 연결시킴으로써 밸런싱이 수행되게 하기 때문에, 배터리 셀 간의 밸런싱이 신속하게 진행될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 구비된 제어부(120)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(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(120)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(120) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(120)와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 저장부(140)는 제어부(120)가 배터리 셀을 밸런싱 시키는 과정에서 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부(140)는 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. 저장부(140)는 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, 저장부(140)는 제어부(120)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.

이하에서는 제어부(120)가 상기 참조 저항값을 설정하는 내용에 대해 구체적으로 설명한다.

상기 제어부(120)는, 상기 복수의 온도값을 고려하여 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 합성 저항값을 산출하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 제어부(120)는 저장부(140)에 저장된 온도-저항 프로파일에 기반하여, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 저항값을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 측정부(110)로부터 수신한 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 전압값을 온도-저항 프로파일에 대입하여, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 저항값을 산출할 수 있다.

그리고, 제어부(120)는 산출한 복수의 저항값과 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 간의 연결 관계를 고려하여 상기 합성 저항값을 산출할 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)은 모두 병렬로 연결되어 있다. 따라서, 제어부(120)는 병렬로 연결된 배터리 셀들의 합성 저항을 산출하는 공식에 따라서, 상기 합성 저항값을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 저항의 어드미턴스(admittance)의 합을 역산하여, 상기 합성 저항값을 산출할 수 있다.

제어부(120)는 산출된 합성 저항값을 상기 참조 저항값으로 미리 설정하도록 구성될 수 있다.

이후, 제어부(120)는 설정한 참조 저항값과 산출한 돌입 전류를 곱하여, 전압 임계값을 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제1 셀과 제2 셀 간의 전압 차이를 상기 전압 임계값과 비교함으로써, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)이 밸런싱이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 전압 임계값을 고정된 값으로 설정하지 않고, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 현재 상태를 반영하여 설정할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 현재 상태를 반영하여 밸런싱 필요 여부를 결정할 수 있다.

예컨대, 고정 설정된 전압 임계값을 이용하여 밸런싱 필요 여부를 판단하게 되면, 현재 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 상태에 따르면 밸런싱이 필요하지 않더라도, 제1 셀과 제2 셀 간의 전압 차이가 고정 설정된 전압 임계값 이상이라는 이유로 불필요하게 밸런싱이 수행될 수 있다. 또한, 현재 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 상태에 따르면 밸런싱이 필요함에도 불구하고, 제1 셀과 제2 셀 간의 전압 차이가 고정 설정된 전압 임계값 미만이라는 이유로 불필요하게 밸런싱이 수행될 수 있다.

따라서, 배터리 관리 장치(100)는 밸런싱 필요 여부를 판단하는 기준이 되는 전압 임계값을 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 현재 상태를 반영하여 결정하기 때문에, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 상태에 적응적으로 밸런싱이 수행될 수 있다.

보다 바람직하게, 제어부(120)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)이 포함된 배터리 팩(1)의 합성 저항을 상기 참조 저항값으로 설정할 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 배터리 팩(1)에는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)뿐만 아니라, 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d), 메인 릴레이(30)가 포함될 수 있다.

제어부(120)는 배터리 팩(1)에 구비된 각각의 구성에 의한 합성 저항을 산출하고, 산출한 합성 저항을 상기 참조 저항값을 설정할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(1)에 구비된 각각의 구성에 대한 저항값은 저장부(140)에 미리 저장되어 있을 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 밸런싱 과정에서 셀 릴레이뿐만 아니라 배터리 팩(1)에 포함된 각각의 구성에 손상이 가해지는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 전류 임계값에 대해서 구체적으로 설명한다.

상기 전류 임계값은 상기 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 예상 구동 횟수에 기반하여 제어부(120)에 의해 미리 설정된 값일 수 있다. 즉, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d) 각각에 대래 미리 설정된 예상 구동 횟수에 기반하여, 상기 전류 임계값을 미리 설정하도록 구성될 수 있다.

복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 예상 구동 횟수와 전류 임계값은 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 전류 임계값에 따른 셀 릴레이의 예상 구동 횟수의 예시를 그래프로 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 셀 릴레이에 인가되는 전류가 300[mA]미만일 때에는 셀 릴레이의 예상 구동 횟수가 10만 회를 초과할 수 있다. 그리고, 셀 릴레이에 인가되는 전류가 300[mA]일 때에는 셀 릴레이의 예상 구동 횟수가 10만 회 일 수 있다. 또한, 셀 릴레이에 인가되는 전류가 400[mA]일 때에는 셀 릴레이의 예상 구동 횟수가 약 3천 회일 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 예상 구동 횟수가 10만 회로 설정되었다고 가정한다. 제어부(120)는 도 4의 그래프를 참조하여, 전류 임계값을 300[mA]로 설정할 수 있다.

이후, 제어부(120)는 설정한 전류 임계값과 산출한 돌입 전류의 크기를 비교하여, 밸런싱을 수행할지 여부를 결정할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 간의 전압 또는 용량 차이에만 기반하여 밸런싱을 수행하지 않고, 밸런싱 과정에서 발생되는 돌입 전류에 의한 셀 릴레이의 손상을 고려하여, 밸런싱 수행 여부를 결정할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)에 의하면, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 밸런싱이 수행되는 과정에서 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 손상이 방지되기 때문에, 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 예상 구동 횟수가 보장될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)과 연결되고, 상기 제어부(120)의 제어에 따라 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 각각을 충전시키도록 구성된 충전부(130)를 더 포함할 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 충전부(130)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)과 병렬적으로 연결될 수 있다. 즉, 충전부(130)는 배터리 팩(1)의 메인 충방전 경로에 병렬적으로 연결될 수 있다.

다른 예로, 도 3의 실시예와 달리, 충전부(130)는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 및 음극 단자에 연결될 수 있다. 즉, 충전부(130)는 배터리 셀을 충전시키기 위해 배터리 팩(1)의 전극 단자에 연결된 충전 유닛일 수 있다.

상기 제어부(120)는, 상기 산출된 돌입 전류가 상기 전류 임계값 이상이면, 상기 충전부(130)를 통해 상기 제2 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.

앞서 설명한 바에 따르면, 제어부(120)는 산출한 돌입 전류가 전류 임계값 미만이면, 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 밸런싱되도록 하였다.

이와 달리, 산출된 돌입 전류가 전류 임계값 이상이면, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 밸런싱 과정에서 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)에 손상이 가해질 수 있기 때문에, 제어부(120)는 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하지 않는다.

이 경우, 제어부(120)는 제2 셀에 연결된 셀 릴레이와 메인 릴레이(30)의 동작 상태를 턴-온 상태로 전환시킬 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 제2 셀이 제4 배터리 셀(10d)이라고 가정한다. 제어부(120)는 제4 제어 라인(CL4)을 통해 턴-온 제어 신호를 출력하여 제4 배터리 셀(10d)에 연결된 제4 셀 릴레이(20d)의 동작 상태를 턴-온 상태로 전환시킬 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 제5 제어 라인(CL5)을 통해 턴-온 제어 신호를 출력하여 메인 릴레이(30)의 동작 상태를 턴-온 상태로 전환시킬 수 있다.

즉, 제어부(120)는 제2 셀에 연결된 셀 릴레이와 메인 릴레이(30)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어함으로써, 제2 셀과 충전부(130)가 연결되도록 할 수 있다. 이 경우, 충전부(130)에 의해 제2 셀이 충전될 수 있다.

바람직하게, 상기 제어부(120)는, 상기 복수의 전압값 중에서 상기 제2 셀의 전압과 가장 근접한 전압값을 선택하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 앞선 실시예와 같이, 제1 배터리 셀(10a)의 전압이 4.3[V]이고, 제2 배터리 셀(10b)의 전압이 4.25[V]이고, 제3 배터리 셀(10c)의 전압이 4.2[V]이고, 제4 배터리 셀(10d)의 전압이 4.15[V]라고 가정한다. 여기서, 제2 셀은 제4 배터리 셀(10d)이다. 제어부(120)는 제2 셀의 전압(4.15[V])과 가장 근접한 전압값으로 제3 배터리 셀(10c)의 전압(4.2[V])을 선택할 수 있다.

그리고, 제어부(120)는 상기 제2 셀의 전압이 선택된 전압값에 도달할 때까지만 상기 충전부(130)를 통해 상기 제2 셀을 충전시키도록 구성될 수 있다.

이후, 상기 제어부(120)는, 상기 제2 셀의 전압이 상기 선택된 전압값에 도달하면, 상기 돌입 전류를 재산출하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 앞선 실시예를 참조하여, 제2 셀의 전압이 4.15[V]에서 4.2[V]까지 충전되었다고 가정한다. 제어부(120)는 제1 셀의 전압(4.3[V])과 충전된 제2 셀의 전압(4.2[V]) 간의 전압 차이(1[V])를 산출하고, 산출한 전압 차이(1[V])와 제1 셀의 저항값에 기반하여 돌입 전류를 재산출할 수 있다.

그리고, 제어부(120)는 재산출된 돌입 전류에 기반하여 상기 전압 임계값을 재설정하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어부(120)는 재산출한 돌입 전류와 설정된 참조 저항값을 곱하여, 전압 임계값을 재설정할 수 있다.

이후, 제어부(120)는 재설정된 전압 임계값과 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 비교한 결과 및 상기 재산출된 돌입 전류와 상기 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 밸런싱시키도록 구성될 수 있다.

예컨대, 제1 셀과 충전된 제2 셀 간의 전압 차이가 재설정된 전압 임계값 이상이면, 제어부(120)는 재산출된 돌입 전류와 상기 전류 임계값을 비교할 수 있다. 그리고, 재산출된 돌입 전류가 상기 전류 임계값 미만이면, 제어부(120)는 상기 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어함으로써, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 밸런싱시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 돌입 전류가 전류 임계값 이상이면, 밸런싱 과정에서 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)가 손상될 수 있기 때문에, 충전부(130)를 통해 제2 셀을 충전시킬 수 있다. 이 경우, 제2 셀이 충전되었기 때문에, 재산출된 돌입 전류는 처음에 산출된 돌입 전류보다 작아질 수 있다. 따라서, 배터리 관리 장치(100)는 제1 셀과 제2 셀 간의 전위차에 기반한 돌입 전류가 전류 임계값 미만일 경우에 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 밸런싱을 수행함으로써, 밸런싱에 의해 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)에 손상이 가해지는 것을 방지할 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, 배터리 관리 장치(100)의 측정부(110), 제어부(120), 충전부(130) 및 저장부(140)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 예컨대, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은, 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d), 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d), 메인 릴레이(30) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

배터리 관리 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 전압 및 온도 측정 단계(S100), 셀 결정 단계(S200), 전압 차이 산출 단계(S300), 돌입 전류 산출 단계(S400), 전압 비교 단계(S500) 및 셀 밸런싱 단계(S600)를 포함할 수 있다.

온도 측정 단계는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 전압 및 온도를 측정하는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 측정부(110)는 복수의 센싱 라인(SL1, SL2, SL3, SL4, SL5, SL6, SL7, SL8, SL9)을 통해서 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 전압 및 온도를 측정할 수 있다.

그리고, 측정부(110)는 측정한 복수의 전압값 및 복수의 온도값을 제어부(120)에게 송신할 수 있다.

셀 결정 단계(S200)는 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d) 중 전압이 가장 큰 제1 셀 및 전압이 가장 작은 제2 셀을 결정하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.

제어부(120)는 측정부(110)로부터 수신한 복수의 전압값을 정렬하고, 전압값이 가장 큰 배터리 셀을 제1 셀로 결정하고, 전압값이 가장 작은 배터리 셀을 제2 셀로 결정할 수 있다.

예컨대, 앞선 실시예와 같이, 도 3의 실시예에서, 제1 배터리 셀(10a)의 전압이 4.3[V]이고, 제2 배터리 셀(10b)의 전압이 4.25[V]이고, 제3 배터리 셀(10c)의 전압이 4.2[V]이고, 제4 배터리 셀(10d)의 전압이 4.15[V]라고 가정한다.

제어부(120)는 제1 배터리 셀(10a)을 제1 셀로 결정하고, 제4 배터리 셀(10d)을 제2 셀로 결정할 수 있다.

전압 차이 산출 단계(S300)는 상기 셀 결정 단계(S200)에서 결정된 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 앞선 실시예에서, 제어부(120)는 제1 셀의 전압(4.3[V])과 제2 셀의 전압(4.15[V])의 차이를 계산하여, 전압 차이(0.15[V])를 산출할 수 있다.

돌입 전류 산출 단계(S400)는 산출된 전압 차이와 측정된 복수의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.

구체적으로, 제어부(120)는 측정부(110)로부터 수신한 복수의 온도값 중 제1 셀의 온도값을 산출할 수 있다. 이 때, 제어부(120)는 저장부(140)에 저장된 온도-저항 프로파일에 제1 셀의 온도값을 대입하여 제1 셀의 저항값을 산출할 수 있다.

그리고, 제어부(120)는 산출한 제1 셀과 제2 셀 간의 전압 차이를 산출한 제1 셀의 저항값과 곱하여 돌입 전류를 산출할 수 있다.

전압 비교 단계(S500)는 상기 산출된 전압 차이를 전압 임계값과 비교하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.

여기서, 전압 임계값은 제어부(120)에 의해 산출된 돌입 전류와 제어부(120)에 의해 설정된 참조 저항값의 곱으로 설정될 수 있다.

셀 밸런싱 단계(S600)는 상기 전압 비교 단계(S500)에서의 비교 결과, 상기 산출된 전압 차이가 상기 전압 임계값 미만이면, 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 밸런싱시키는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.

전압 비교 단계(S500) 및 셀 밸런싱 단계(S600)는 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법에서, 전압 비교 단계(S500) 및 셀 밸런싱 단계(S600)를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 셀 밸런싱 단계(S600)는 전류 비교 단계(S610), 복수의 배터리 셀 밸런싱 단계(S620) 및 제2 셀 충전 단계(S630)를 포함할 수 있다.

전압 비교 단계(S500)에서 산출된 전압 차이가 전압 임계값 미만이면 밸런싱이 수행되지 않을 수 있다. 즉, 이 경우는 밸런싱이 필요할만큼 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 전압차이가 크지 않은 경우일 수 있다.

전압 비교 단계(S500)에서 산출된 전압 차이가 전압 임계값 이상이면 전류 비교 단계(S610)가 수행될 수 있다.

전류 비교 단계(S610)는 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교하는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.

여기서, 전류 임계값은 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)의 예상 구동 횟수에 따라 미리 설정된 전류값일 수 있다.

전류 비교 단계(S610)에서 산출된 돌입 전류가 전류 임계값 미만이면 복수의 배터리 셀 밸런싱 단계(S620)가 수행될 수 있다.

복수의 배터리 셀 밸런싱 단계(S620)는 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)을 병렬로 연결하여 밸런싱이 수행되는 단계로서, 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.

예컨대, 도 3의 실시예에서, 제어부(120)는 제1 셀 릴레이(20a), 제2 셀 릴레이(20b), 제3 셀 릴레이(20c) 및 제4 셀 릴레이(20d)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 제1 배터리 셀(10a), 제2 배터리 셀(10b), 제3 배터리 셀(10c) 및 제4 배터리 셀(10d)을 병렬로 연결시킬 수 있다.

이 경우, 제1 배터리 셀(10a), 제2 배터리 셀(10b), 제3 배터리 셀(10c) 및 제4 배터리 셀(10d) 간의 전위차에 의해 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)은 충전 및 방전을 수행하며 밸런싱될 수 있다.

전류 비교 단계(S610)에서 산출된 돌입 전류가 전류 임계값 이상이면 제2 셀 충전 단계(S630)가 수행될 수 있다.

제2 셀 충전 단계(S630)는 제2 셀을 충전시키는 단계로서, 충전부(130)에 의해 수행될 수 있다.

구체적으로, 산출된 돌입 전류가 전류 임계값 이상이면 제어부(120)는 복수의 배터리 셀 밸런싱 단계(S620)가 수행될 경우, 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)에 손상이 가해질 것이라고 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 돌입 전류를 최소화하기 위하여 충전부(130)를 동작시켜 제2 셀을 충전시킬 수 있다.

이 때, 제어부(120)는 제2 셀에 대응되는 셀 릴레이와 메인 릴레이(30)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 충전부(130)를 통해 제2 셀이 충전되도록 할 수 있다. 이러한 제어부(120)의 릴레이 제어를 통해서, 충전부(130)는 제2 셀을 충전시킬 수 있다.

이후, 제2 셀의 전압이 충전되어, 가장 근접한 배터리 셀의 전압에 도달하면, 전압 차이 산출 단계(S300)가 다시 수행될 수 있다.

예컨대, 앞선 실시예와 같이, 도 3의 실시예에서, 제1 배터리 셀(10a)의 전압이 4.3[V]이고, 제2 배터리 셀(10b)의 전압이 4.25[V]이고, 제3 배터리 셀(10c)의 전압이 4.2[V]이고, 제4 배터리 셀(10d)의 전압이 4.15[V]이고, 제2 셀은 제4 배터리 셀(10d)로 결정되었다고 가정한다. 충전부(130)는 제2 셀의 전압을 제3 배터리 셀(10c)의 전압(4.2[V])까지 충전시킬 수 있다.

그리고, 전압 차이 산출 단계(S300)가 재수행됨으로써, 제1 셀과 충전된 제2 셀 간의 전압 차이가 재산출될 수 있다. 또한, 재산출된 전압 차이에 의해 돌입 전류가 재산출되며, 전압 임계값이 재설정될 수 있다.

이렇듯, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 복수의 배터리 셀(10a, 10b, 10c, 10d)의 밸런싱 과정에서 복수의 셀 릴레이(20a, 20b, 20c, 20d)가 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 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.

1: 배터리 팩
10: 배터리 셀
20: 셀 릴레이
30: 메인 릴레이
100: 배터리 관리 장치
110: 측정부
120: 제어부
130: 충전부
140: 저장부

Claims

복수의 배터리 셀의 전압 및 온도를 측정하고, 측정한 복수의 전압값 및 복수의 온도값을 출력하도록 구성된 측정부; 및
상기 측정부로부터 상기 복수의 전압값 및 상기 복수의 온도값을 수신하고, 상기 복수의 배터리 셀 중 전압이 가장 큰 제1 셀 및 전압이 가장 작은 제2 셀을 결정하고, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 산출하며, 산출된 전압 차이와 상기 복수의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출하고, 상기 산출된 전압 차이를 전압 임계값과 비교하고, 상기 산출된 전압 차이가 상기 전압 임계값 미만이면, 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀을 밸런싱시키도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀은,
각각의 일단에 셀 릴레이가 연결되고, 연결된 복수의 셀 릴레이의 동작 상태에 따라 서로 병렬로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 온도값 중 상기 제1 셀의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀의 저항값을 산출하고, 산출된 저항값과 상기 산출된 전압 차이에 기반하여 상기 돌입 전류를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산출된 돌입 전류와 참조 저항값에 기반하여 상기 전압 임계값을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 온도값을 고려하여 상기 복수의 배터리 셀의 합성 저항값을 산출하고, 산출된 합성 저항값을 상기 참조 저항값으로 미리 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 셀 릴레이 각각에 대래 미리 설정된 예상 구동 횟수에 기반하여, 상기 전류 임계값을 미리 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산출된 돌입 전류가 상기 전류 임계값 미만이면, 상기 복수의 배터리 셀을 연결시켜 상기 밸런싱이 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 셀 릴레이의 동작 상태를 턴-온 상태로 전환시켜, 상기 복수의 배터리 셀 간의 충전 및 방전이 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀과 연결되고, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 복수의 배터리 셀 각각을 충전시키도록 구성된 충전부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 산출된 돌입 전류가 상기 전류 임계값 이상이면, 상기 충전부를 통해 상기 제2 셀을 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 전압값 중에서 상기 제2 셀의 전압과 가장 근접한 전압값을 선택하고, 상기 제2 셀의 전압이 선택된 전압값에 도달할 때까지만 상기 충전부를 통해 상기 제2 셀을 충전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제10항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 셀의 전압이 상기 선택된 전압값에 도달하면, 상기 돌입 전류를 재산출하고, 재산출된 돌입 전류에 기반하여 상기 전압 임계값을 재설정하고, 재설정된 전압 임계값과 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 비교한 결과 및 상기 재산출된 돌입 전류와 상기 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀을 밸런싱시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
복수의 배터리 셀의 전압 및 온도를 측정하는 전압 및 온도 측정 단계;
상기 복수의 배터리 셀 중 전압이 가장 큰 제1 셀 및 전압이 가장 작은 제2 셀을 결정하는 셀 결정 단계;
상기 셀 결정 단계에서 결정된 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 간의 전압 차이를 산출하는 전압 차이 산출 단계;
산출된 전압 차이와 측정된 복수의 온도값에 기반하여 상기 제1 셀과 상기 제2 셀 간의 돌입 전류를 산출하는 돌입 전류 산출 단계;
상기 산출된 전압 차이를 전압 임계값과 비교하는 전압 비교 단계; 및
상기 전압 비교 단계에서의 비교 결과, 상기 산출된 전압 차이가 상기 전압 임계값 미만이면, 산출된 돌입 전류와 전류 임계값을 비교한 결과에 기반하여 상기 복수의 배터리 셀을 밸런싱시키는 셀 밸런싱 단계를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.