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KR101182429B1 - 배터리 팩 및 이의 제어 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 이의 제어 방법 Download PDF

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KR101182429B1
KR101182429B1 KR1020100075989A KR20100075989A KR101182429B1 KR 101182429 B1 KR101182429 B1 KR 101182429B1 KR 1020100075989 A KR1020100075989 A KR 1020100075989A KR 20100075989 A KR20100075989 A KR 20100075989A KR 101182429 B1 KR101182429 B1 KR 101182429B1
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스스무 세가와
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심세섭
양종운
김범규
김진완
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 팩 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 만충전 또는 과방전 후에 셀 편차를 판단하여 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드인 경우에 셀 밸런싱을 수행함으로써 셀 편차를 줄일 수 있다.

Description

배터리 팩 및 이의 제어 방법{A battery pack and method for controlling the battery pack}
본 발명은 배터리 팩 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 배터리 팩의 셀 밸런싱을 위한 배터리 팩 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 이차 전지(rechargeable battery)는 셀룰러 폰(cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 이러한 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadimium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다. 이러한 이차 전지는 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하며, 배터리 팩의 외부 단자를 통해 충전과 방전이 이루어진다.
종래의 배터리 팩은 크게 배터리 셀과, 충방전 회로를 포함하는 주변회로를 포함하여 이루어지며, 이 주변회로는 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리 셀과 결합된다. 배터리 팩의 외부 단자를 통해 외부 전원이 연결되면, 외부 단자와 충방전 회로를 통해 공급되는 외부 전원에 의해 배터리 셀이 충전되며, 외부 단자를 통해 부하(load)가 연결되면, 배터리 셀의 전원이 충방전 회로와 외부 단자를 통해 부하에 공급되는 동작이 일어난다. 이때, 충방전 회로는 외부 단자와 배터리 셀 사이에서 배터리 셀의 충방전을 제어한다. 일반적으로 배터리 셀은 부하의 소모 용량에 맞도록 다수의 배터리 셀을 직렬 및 병렬로 연결하여 사용한다.
배터리 팩을 이루는 각각의 배터리 셀은 제조 공정상의 여러 가지 이유로 인해 용량 편차가 존재한다. 따라서 배터리 팩은 충방전 사이클 중에 각 배터리 셀의 충방전 전압에 편차가 발생한다. 이에 따라 배터리 팩은 충전 중에 특정 배터리 셀이 과충전될 수 있고, 또한 방전 중에 특정 배터리 셀이 과방전될 수 있다. 이와 같이 배터리 팩 중에서 특정 배터리 셀의 과충전이나 과방전은 배터리 팩의 용량을 감소시킬 뿐만 아니라 배터리 팩을 열화(degrade)시키고 수명을 단축시킨다. 따라서 일반적으로 배터리 모니터링 유닛은 직렬 연결된 다수의 배터리 셀의 전압 차이를 최소화하기 위한 밸런싱 회로를 갖는다. 즉, 배터리 모니터링 유닛은 각 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 각 배터리 셀의 전압 차이가 기준값 이상으로 차이가 날 경우, 전압이 상대적으로 높은 배터리 셀을 강제로 방전시켜, 모든 배터리 셀의 전압이 동일해지도록 하는 셀 밸런싱을 일반적으로 수행한다.
본 발명의 일 실시 예는 만충전 또는 과방전 후에 셀 밸런싱을 수행함으로써 셀 열화를 방지하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 배터리 셀 및 마이크로 컴퓨터를 포함하는 배터리 팩에 있어서, 상기 마이크로 컴퓨터는 상기 다수의 배터리 셀의 OCV 상태에서 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 판단하고, 상기 판단한 다수의 배터리 셀의 각각의 전압과 기준 전압을 비교하여 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 슬립 모드에서 상기 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 만충전 후에 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 상기 다수의 배터리 셀 중 각각의 전압과 최소 셀 전압과의 차이값이 제1 임계값 이상인 배터리 셀에 대해 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 과방전 후에 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 최소 셀 전압이 제2 임계값 이하이고, 상기 최소 셀 전압보다 제3 임계값 이상인 배터리 셀에 대해 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 OCV 상태는 일정 시간 동안 상기 다수의 배터리 셀의 전압의 최대값과 최소값의 차이가 제4 임계값 이하인 경우인 것을 특징으로 한다.
상기 밸런싱은 상기 다수의 배터리 셀 중 홀수 배터리 셀과 짝수 배터리 셀에 대해 시 분할하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 밸런싱 종료 조건을 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸런싱 종료 조건은 상기 밸런싱된 셀 전압이 제5 임계값에 도달하는지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸런싱 종료 조건은 상기 밸런싱된 셀 전압과 최소 셀 전압과의 차이가 제6 임계값 이하인지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 상기 다수의 배터리 셀의 온도가 특정 범위 내인 경우에 상기 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩은 다수의 배터리 셀; 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하고, 밸런싱을 수행하는 아날로그 프런트 엔드 IC; 및 OCV 상태에서 측정한 상기 다수의 배터리 셀의 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 다수의 배터리 셀에 대한 밸런싱의 시작 및 종료를 제어하는 마이크로 컴퓨터를 포함한다.
상기 밸런싱은 만충전 또는 과방전 후에 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 컴퓨터는 슬립 모드에서 상기 밸런싱의 시작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다수의 배터리 셀 및 마이크로 컴퓨터를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법은 OCV 상태에서 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계; 상기 측정한 다수의 배터리 셀 각각의 전압과 기준 전압을 비교하는 단계; 및 상기 다수의 배터리 셀 중 상기 측정한 전압과 기준 전압의 차이가 제1 임계값 이상인 배터리 셀에 대해 밸런싱하는 단계를 포함한다.
상기 제어 방법은 상기 다수의 배터리 셀이 만충전 또는 과방전인지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 방법은 상기 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드인 경우, 상기 배터리 셀에 대해 밸런싱하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 방법은 밸런싱 종료 조건을 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 OCV 상태는 일정 시간 동안 상기 다수의 배터리 셀의 전압의 최대값과 최소값의 차이가 제2 임계값 이하인 경우인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 만충전 또는 과방전 후에 셀 편차를 판단하여 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드인 경우에 셀 밸런싱을 수행함으로써 셀 편차를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(100)의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셀 밸런싱을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(100)의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(100)은 충전 가능한 배터리 셀(130)과 보호 회로를 포함하여 이루어지며, 휴대용 노트북 컴퓨터와 같은 외부 시스템에 탑재되어 배터리 셀(130)로의 충전 및 배터리 셀(130)에 의한 방전을 수행한다.
배터리 팩(100)은 배터리 셀(130), 배터리 셀(130)과 병렬로 연결되는 외부 단자(미 도시), 및 배터리 셀(130)과 외부 단자 사이 대전류 경로(High Current Path, 이하 'HCP'라 한다)에 직렬로 연결된 충전소자(140) 및 방전소자(150), 방전소자(150)와 외부 단자 사이 대전류 경로(HCP)에 직렬로 연결된 퓨즈(160), 배터리 셀(130)과 충전소자(140) 및 방전소자(150)와 병렬로 연결된 아날로그 프런트 엔드(Analog Front End, 이하 'AFE'라 한다)IC(120), 일단은 AFE IC(120)와 타단은 퓨즈(160)에 연결된 마이크로 컴퓨터(110)를 포함하는 보호 회로를 구비하여 이루어진다.
마이크로 컴퓨터(110)는 배터리 셀(130)을 과충전 및 과방전 상태로 판단했을 때, 상술한 바와 같이 충전소자(140) 및 방전소자(150)를 오프시켜 배터리 셀(130)의 과충전 및 과방전을 차단한다.
상기와 같이 구성된 배터리 팩(100)은 외부 단자를 통해 외부 시스템과 연결되어 충전 또는 방전이 이루어진다. 상기 외부 단자와 배터리 셀(130) 사이의 경로의 대전류 경로(HCP)는 충방전 경로로 사용되며, 이 대전류 경로(HCP)를 통해 큰 전류가 흐른다. 이러한 배터리 팩(100)은 외부 시스템과의 통신을 위해 보호회로의 마이크로 컴퓨터(110)와 외부 단자 사이에는 SMBUS(System Management BUS)를 더 포함한다.
여기서, 외부 단자를 통해 연결되는 외부 시스템은 휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대용 노트북 컴퓨터로, 별도로 전원공급을 위한 어댑터를 포함할 수 있다. 이에, 외부 시스템이 어댑터와 연결되면, 외부 시스템은 어댑터의 의해 동작할 수 있으며, 어댑터의 전원은 외부 단자를 통해 대전류 경로(HCP)를 거쳐 배터리 셀(130)로 공급되어 배터리 셀(130)을 충전시킬 수 있다. 그리고 외부 시스템이 어댑터와 분리되면, 배터리 셀(130)로부터 외부 단자를 통해 외부 시스템의 부하로의 방전이 이루어질 수 있다. 즉, 상기 외부 단자에 어댑터가 연결된 외부 시스템이 연결되면, 충전 동작이 일어나며, 이때의 충전 경로는 어댑터로부터 외부 단자, 방전소자(150), 충전소자(140)를 거쳐 배터리 셀(130)로 이어진다. 상기 외부 시스템에서 어댑터가 분리되고 상기 외부 단자에 외부 시스템의 부하가 연결되면, 방전 동작이 일어나며, 이때의 방전 경로는 배터리 셀(130)로부터 충전소자(140), 방전소자(150), 외부 단자를 거쳐 외부 시스템의 부하로 이어진다.
여기서, 배터리 셀(130)은 충전 및 방전 가능한 2차 배터리 셀로, 도면에서 B+, B-는 배터리 전원 단을 표시하고, P+, P-는 배터리 팩의 전원 단을 나타낸다. 이러한 배터리 셀(130)은 그 내부의 각종 정보, 즉, 셀의 온도, 셀의 충전 전압 및 셀에 흐르는 전류량 등의 셀 관련 정보를 하기할 AFE IC(120)에 출력시킨다.
충전소자(140) 및 방전소자(150)는 외부 단자와 배터리 셀(130) 사이의 대전류 경로(HCP) 상에 직렬로 연결되어 배터리 팩의 충전 또는 방전을 수행한다. 충전소자(140) 및 방전소자(150) 각각은 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 'FET'라 한다)로 구성된다.
AFE IC(120)는 배터리 셀(130)과 충전소자(140) 및 방전소자(150) 사이에서 병렬로 연결되고, 배터리 셀(130)과 하기될 마이크로 컴퓨터(110) 사이에서 직렬로 연결된다. AFE IC(120)는 배터리 셀(130)의 전압을 검출하여 검출된 전압을 마이크로 컴퓨터(110)에 전달하고, 마이크로 컴퓨터(110)의 제어에 의해 상기 충전소자(140) 및 방전소자(150)의 동작을 제어한다. 또한, AFE IC(120)는 마이크로 컴퓨터(110)의 제어에 따라 배터리 셀(130)의 밸런싱 동작을 수행한다. 여기서, 밸런싱은 다수의 배터리 셀들의 전압을 균등화시켜 주는 것으로 상대적으로 높은 전압을 갖는 셀을 방전시켜 줌으로써 이루어진다. 셀 밸런싱 회로와 관련하여서는 도 2를 참조하여 후술한다.
마이크로 컴퓨터(110)는 AFE IC(120)와 외부 시스템 사이에 직렬로 연결되는 집적회로(Integrated Circuit)로서, AFE IC(120)를 통해 충전소자(140) 및 방전소자(150)를 제어함으로써 배터리 셀(130)의 과충전, 과방전 및 과전류를 차단하는 역할을 한다. 즉, 배터리 셀(130)로부터 AFE IC(120)를 통해 수신한 배터리 셀(130)의 전압을 내부에 설정된 전압 레벨 값과 비교하여, 비교 결과에 따른 제어신호를 AFE IC(120)로 출력하여 충전소자(140) 및 방전소자(150)를 온 또는 오프시킴으로써, 배터리 셀(130)의 과충전, 과방전을 차단한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 마이크로 컴퓨터(110)는 배터리 셀(130)의 전압을 판단하여 셀 밸런싱 여부를 판단한다. 셀 밸런싱은 배터리 팩(100)의 사용상태에 따라 2가지 종류로 나누어 처리할 수 있다. 일 측면으로, 배터리 팩(100)은 만 충전까지 충전되고 일부 방전된 상태로 사용된다. 즉, 만충전 상태에서 열화가 일어나지 않도록 만 충전에서의 배터리 셀들 간의 전압차를 일정 이내로 유지하기 위한 밸런싱이 필요하다. 다른 측면으로, 과방전에 의한 열화를 최소한으로 하기 위해, 과방전 상태의 전압차를 일정 이내로 유지하기 위한 밸런싱이 필요하다.
마이크로 컴퓨터(110)는 배터리 셀(130)의 OCV(Open Circuit Voltage, 이하 'OCV'라고 한다) 상태에서 측정한 배터리 셀(130)의 전압을 판단하고, 배터리 셀(130)의 각각의 전압과 기준 전압을 비교하여 밸런싱 수행 여부를 결정한다. 여기서, OCV는 일정 시간 동안 배터리 셀의 전체 전압의 최대값과 최소값의 차이가 임계값 이하인 상태를 의미한다. 즉, 배터리 셀이 안정화된 상태를 의미한다. 본 발명의 일 실시 예에서, OCV라는 용어의 정의는 배터리 팩(100)에 부하가 연결되지 않을 상태만을 의미하는 것이 아니라, 배터리 셀이 안정화된 상태를 의미한다. 구체적으로, OCV 판단 조건은 60초 동안 배터리 셀 전체 전압의 최대값과 최소값의 차이가 일정 전압, 예를 들면 75mV보다 작은 경우를 OCV 상태로 정의할 수 있으며, 이 경우의 모든 셀 전압을 OCV 전압으로 정의한다.
도 1에 도시된 것처럼, 마이크로 컴퓨터(110)는 배터리 셀(130)의 OCV 전압을 AFE IC(120)로부터 입력받아, 밸런싱이 필요한 셀을 판단한다.
마이크로 컴퓨터(110)는 만 충전 후에 다수의 배터리 셀의 전압을 판단하다. 마이크로 컴퓨터(110)는 배터리 셀(130) 중 각각의 전압과 최소 셀 전압과의 차이값이 제1 임계값 이상인 셀은 밸런싱이 필요한 셀로 판단한다. 예를 들면, OCV 상태에서 측정한 셀 전압과 최소 셀 전압이 30mV이상인 셀은 밸런싱이 필요한 셀로 판단한다. 또한, 배터리 셀(130)에 구비되어 있는 온도 센서(미도시)를 통해 셀 온도가 일정 범위, 예를 들면 0℃부터 50℃이내에 있는 경우에 밸런싱이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
마이크로 컴퓨터(110)는 과방전 후에 다수의 배터리 셀의 전압을 판단한다. 마이크로 컴퓨터(110)는 최소 셀 전압이 제2 임계값 이하이고, 최소 셀 전압보다 제3 임계값 이상인 셀은 밸런싱이 필요한 셀로 판단한다. 예를 들면, OCV상태에서의 배터리 셀의 전압이 3.2V 이하이고, 최소 셀 전압보다 40mV이상인 셀은 밸런싱이 필요한 셀이라고 판단한다. 또한, 셀 온도가 일정 범위, 예를 들면 0℃부터 50℃이내인 경우에 밸런싱이 필요한 것으로 판단할 수도 있다.
마이크로 컴퓨터(110)는 전술한 밸런싱 수행 여부를 판단한 후에, 밸런싱이 필요한 셀에 대해 밸런싱을 수행한다. 마이크로 컴퓨터(110)는 슬립 모드(sleep mode)로 진입한 경우에 밸런싱을 수행한다. 여기서, 슬립 모드는 배터리 팩(100)에 일정 시간 동안 전류가 흐르지 않는 상태를 의미한다.
도 1에 도시된 것처럼, 마이크로 컴퓨터(110)는 AFE IC(120)를 통해 밸런싱이 필요한 셀에 대해 선택적으로 밸런싱을 수행한다.
도 2를 참조하면, AFE IC(120)는 밸런싱 제어부(121)와, 밸런싱 제어부(121)에 의해 순차적으로 또는 동시에 턴 온 또는 턴 오프되는 다수의 밸런싱 스위치(122-1 내지 122-4)와, 밸런싱 스위치(122-1 내지 122-4) 사이에 연결된 다수의 밸런싱 저항(123-1 내지 123-4)을 포함한다. 여기서는 4개의 직렬로 연결된 배터리 셀들(131 내지 134)과 각각에 접속된 밸런싱 회로들이 도시되어 있지만 그 수에 한정되지 않는다.
밸런싱 제어부(121)는 배터리 셀들(131 내지 134) 중 밸런싱이 필요한 셀에 대해, 밸런싱 스위치(122-1 내지 122-4)를 턴 온 또는 턴 오프시켜 밸런싱 저항(123-1 내지 123-4)을 통해 방전시킴으로써 밸런싱을 수행한다. 여기서, 동시에 다수의 셀을 밸런싱하는 경우, 홀수 셀과 짝수 셀로 나누어 분할하여 수행할 수도 있다. 예를 들면, 1분 동안 홀수 셀들(131 및 133)에 대해 밸런싱을 수행하고, 다음 1분 동안 짝수 셀들(132 및 134)에 대해 밸런싱을 수행한다.
마이크로 컴퓨터(110)는 밸런싱을 수행한 후에, 밸런싱 종료 조건을 판단한다. 여기서, 밸런싱 종료 조건은 밸런싱된 셀 전압이 특정 전압값에 도달하는지 또는 밸런싱된 셀 전압과 최소 셀 전압과의 차이가 특정 전압값 이하인지를 포함한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(110)는 셀 온도가 0℃이하거나 50℃이상인 경우에 밸런싱을 종료할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(110)는 만충전시의 밸런싱의 경우, 셀 전압이 3.8V이하이거나 또는 밸런싱된 셀 전압과 최소 셀 전압과의 차이가 5mV 이하인 경우에 밸런싱을 종료한다. 마이크로 컴퓨터(110)는 과방전시의 밸런싱의 경우, 최소 셀 전압이 2.2V 이하이거나 또는 밸런싱된 셀 전압과 최소 셀 전압과의 차이가 5mV 이하인 경우에 밸런싱을 종료한다. 최소 셀 전압이 2.2V 이하인 경우에는 배터리 팩 자체를 전원 오프시킨다. 따라서, 이 경우에는 밸런싱을 종료한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 단계 300에서, 배터리 셀이 만충전인지 또는 과방전인지를 판단한다. 여기서, 배터리 셀의 밸런싱은 만충전 후 또는 과방전 후에 수행된다.
단계 302에서, OCV 상태에서 셀 전압을 판단한다. 여기서, OCV 상태는 배터리 셀이 안정화된 상태를 의미한다. OCV 판단 조건은 60초 동안 배터리 셀 전체 전압의 최대값과 최소값의 차이가 일정 전압, 예를 들면 75mV보다 작은 경우를 OCV 상태로 정의할 수 있으며, 이 경우의 모든 셀 전압을 OCV 전압으로 측정한다.
단계 304에서, 측정한 OCV 상태의 셀 전압이 기준 전압 범위 내인지를 판단한다. 단계 304의 판단 결과, 셀 전압이 기준 전압 범위를 벗어나는 경우에는 단계 306으로 진행하여 밸런싱을 수행한다.
단계 306에서, 밸런싱 수행 후, 밸런싱 종료 조건을 만족하는지 판단한다. 밸런싱 종료 조건을 만족하는 경우에는 밸런싱을 종료하고, 아닌 경우에는 단계 306으로 돌아가 셀 밸런싱을 다시 수행한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 단계 400에서, 만충전 상태인지 판단한다. 예를 들면 충전 완료 후 일정 시간이 지나면 충전 전압이 안정화되는데, 이때 배터리 셀의 전압이 대략 4.0V 이상을 유지하는 경우를 만충전 상태로 판단한다. 단계 400의 판단 결과, 만충전 상태인 경우에는 단계 402에서, OCV 상태인지 판단한다. 여기서, OCV 상태는 일정 시간 동안 배터리 셀의 전체 전압의 최대값과 최소값의 차이가 일정 전압보다 작은 상태를 의미한다. 단계 402의 판단 결과, OCV 상태인 경우, 단계 404에서, OCV 상태의 셀 전압을 측정한다.
단계 406에서, OCV 상태의 셀 전압과 기준 전압을 비교하여 밸런싱이 필요한 셀을 판단한다. 여기서, 밸런싱 판단 조건은, 셀 온도가 일정 범위, 예를 들면 0℃부터 50℃이내에 있는 경우이고, 또한, OCV 상태에서 측정한 셀 전압과 최소 셀 전압의 차가 30mV이상인 셀은 밸런싱이 필요한 셀로 판단한다.
단계 408에서, 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드인지 판단한다. 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드에 들어간 경우, 단계 410에서, 홀수 셀과 짝수 셀에 대해 시분할 밸런싱을 수행한다. 여기서, 밸런싱이 필요한 셀이 다수인 경우에 단계 408이 수행된다.
단계 412에서, 밸런싱 종료 조건을 만족하는지 판단하여, 밸런싱 종료 조건에 해당하는 경우에는 밸런싱을 종료한다. 여기서, 밸런싱 종료 조건은 여기서, 밸런싱 종료 조건은 밸런싱된 셀 전압이 특정 전압값, 예를 들면 3.8V에 도달하는지 또는 밸런싱된 셀 전압과 최소 셀 전압과의 차이가 특정 전압값, 예를 들면 5mV 이하인지를 포함한다. 또한, 셀 온도가 0℃이하거나 50℃이상인지도 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 단계 500에서, 과방전 상태인지 판단한다. 예를 들면 방전 완료 후 배터리 셀의 최대 전압이 대략 3.2V 이하인 경우를 과방전 상태로 판단할 수 있다. 단계 500의 판단 결과, 과방전 상태인 경우에는 단계 502에서, OCV 상태인지 판단한다. 여기서, OCV 상태는 일정 시간 동안 배터리 셀의 전체 전압의 최대값과 최소값의 차이가 일정 전압보다 작은 상태를 의미한다. 단계 502의 판단 결과, OCV 상태인 경우, 단계 504에서, OCV 전압이 제1 임계전압, 예를 들면 3,2V이하인지 판단한다. 여기서, 제1 임계값은 임의로 결정할 수 있는 값이며, SOC가 0%일 때의 OCV 전압값일 수 있다. 단계 504에서, OCV 전압이 제1 임계값이하인 경우에는 단계 506에서, OCV 상태의 셀 전압을 측정한다.
단계 508에서, OCV 상태의 셀 전압과 기준 전압을 비교하여 밸런싱이 필요한 셀을 판단한다. 여기서, 밸런싱 판단 조건은, 셀 온도가 일정 범위, 예를 들면 0℃부터 50℃이내에 있는 경우이고, 또한, OCV 상태에서 측정한 셀 전압과 최소 셀 전압이 40mV이상인 셀은 밸런싱이 필요한 셀로 판단한다.
단계 510에서, 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드인지 판단한다. 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드에 들어간 경우, 단계 512에서, 홀수 셀과 짝수 셀에 대해 시분할 밸런싱을 수행한다. 여기서, 밸런싱이 필요한 셀이 다수인 경우에 단계 408이 수행된다.
단계 514에서, 밸런싱 종료 조건을 만족하는지 판단하여, 밸런싱 종료 조건에 해당하는 경우에는 밸런싱을 종료한다. 여기서, 밸런싱 종료 조건은 여기서, 밸런싱 종료 조건은 밸런싱된 셀 전압이 특정 전압값, 예를 들면 2.2V에 도달하는지 또는 밸런싱된 셀 전압과 최소 셀 전압과의 차이가 특정 전압값, 예를 들면 5mV 이하인지를 포함한다. 또한, 셀 온도가 0℃이하거나 50℃이상인지도 포함할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하면서 특정 전압 값, 임계값들 등을 수치로 표현하였으나, 본 발명은 그 수치에 한정되지 않으며, 셀 용량 또는 응용 분야에 따라 다르게 적용할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
100: 배터리 팩
110: 마이크로 컴퓨터
120: AFE IC
130: 배터리 셀
140: 충전 소자
150: 방전 소자

Claims (17)

  1. 다수의 배터리 셀 및 마이크로 컴퓨터를 포함하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 마이크로 컴퓨터는,
    상기 다수의 배터리 셀의 OCV 상태에서 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 판단하고, 상기 판단한 다수의 배터리 셀의 각각의 전압과 기준 전압을 비교하여 밸런싱을 수행하고,
    상기 마이크로 컴퓨터는,
    슬립 모드에서 상기 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 컴퓨터는,
    만충전 후에 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀 중 각각의 전압과 최소 셀 전압과의 차이값이 제1 임계값 이상인 배터리 셀에 대해 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 컴퓨터는,
    과방전 후에 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 OCV 상태에서 측정한 배터리 셀의 전압과 최소 셀 전압의 차가 제2 임계값 이상인 배터리 셀에 대해 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 OCV 상태는,
    일정 시간 동안 상기 다수의 배터리 셀의 전압의 최대값과 최소값의 차이가 제4 임계값 이하인 경우인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸런싱은,
    상기 다수의 배터리 셀 중 홀수 배터리 셀과 짝수 배터리 셀에 대해 시 분할하여 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 컴퓨터는,
    밸런싱 종료 조건을 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 밸런싱 종료 조건은,
    상기 밸런싱된 셀 전압이 제5 임계값에 도달하는지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 밸런싱 종료 조건은,
    상기 밸런싱된 셀 전압과 최소 셀 전압과의 차이가 제6 임계값 이하인지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 컴퓨터는,
    상기 다수의 배터리 셀의 온도가 특정 범위 내인 경우에 상기 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 다수의 배터리 셀 및 마이크로 컴퓨터를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법에 있어서,
    OCV 상태에서 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계;
    상기 측정한 다수의 배터리 셀 각각의 전압과 기준 전압을 비교하는 단계; 및
    상기 다수의 배터리 셀 중 상기 측정한 전압과 기준 전압의 차이가 제1 임계값 이상인 배터리 셀에 대해 밸런싱하는 단계를 포함하고,
    상기 마이크로 컴퓨터가 슬립 모드인 경우, 상기 배터리 셀에 대해 밸런싱하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 셀이 만충전 또는 과방전인지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    밸런싱 종료 조건을 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 OCV 상태는,
    일정 시간 동안 상기 다수의 배터리 셀의 전압의 최대값과 최소값의 차이가 제2 임계값 이하인 경우인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
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