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KR20220083455A - 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20220083455A
KR20220083455A KR1020200173717A KR20200173717A KR20220083455A KR 20220083455 A KR20220083455 A KR 20220083455A KR 1020200173717 A KR1020200173717 A KR 1020200173717A KR 20200173717 A KR20200173717 A KR 20200173717A KR 20220083455 A KR20220083455 A KR 20220083455A
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KR
South Korea
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balancing
battery cell
battery cells
voltage
battery
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KR1020200173717A
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최경선
김슬기롬
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현대모비스 주식회사
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Abstract

배터리 셀 관리 시스템 및 그 제어 방법이 제공된다. 배터리 셀 관리 시스템은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀, 상기 복수의 배터리 셀에 밸런싱 동작을 수행하고, 상기 직렬 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 전압의 측정하는 제어회로, 및 상기 복수의 배터리 셀 각각으로부터 측정된 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 주변 회로의 단선 여부를 검출하는 제어기를 포함하되, 상기 제어회로는, 상기 복수의 배터리 셀 중 짝수번째 또는 홀수번째 배터리 셀 중 어느 한 그룹에 제1 밸런싱을 수행하고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하고, 상기 복수의 배터리 셀 중 나머지 그룹에 제2 밸런싱을 수행하고 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하고, 상기 복수의 배터리 셀 전체에 제3 밸런싱을 수행하고, 상기 제어기는, 상기 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단한다.

Description

배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 배터리 셀의 밸런싱을 진행하여 배터리 셀 주변 회로에 발생한 단선을 검출할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 배터리 기술의 발전과 함께 고용량 배터리를 탑재한 전기 자동차(EV)가 널리 이용되고 있다. 전기 자동차는 복수의 배터리 셀과 배터리 셀의 충방전을 제어하는 제어 회로를 포함하는 배터리 관리 시스템을 장착하고 있다.
리튬 이온 또는 리튬 폴리머 배터리를 포함하는 이차 전지의 특성 상, 배터리 관리 시스템은 배터리 셀의 수명 및 효율을 높게 유지하면서 안전한 충방전을 수행하기 위해 배터리 셀 밸런싱을 이용하여 배터리 셀을 관리한다.
한편, 배터리 셀 주변의 회로는 차량 주행이라는 가혹한 환경 내에서 단선의 위험성을 항상 지니고 있다. 배터리 셀 주변의 회로 또는 배선에 단선이 발생하면 배터리 셀에 과전압이 발생할 수 있으며 이는 배터리 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이와 같은 배터리 셀 주변의 회로 또는 배선에 발생한 단선을 빠르게 검출할 수 있는 배터리 관리 시스템의 필요성이 증가하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 셀의 밸런싱을 진행하여 배터리 셀 주변 회로에 발생한 단선을 검출할 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 배터리 셀의 밸런싱을 진행하여 배터리 주변 회로에 발생한 단선을 검출할 수 있는 배터리 관리 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 배터리 관리 시스템은, . 배터리 셀 관리 시스템은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀, 상기 복수의 배터리 셀에 밸런싱 동작을 수행하고, 상기 직렬 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 전압의 측정하는 제어회로, 및 상기 복수의 배터리 셀 각각으로부터 측정된 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 주변 회로의 단선 여부를 검출하는 제어기를 포함하되, 상기 제어회로는, 상기 복수의 배터리 셀 중 짝수번째 또는 홀수번째 배터리 셀 중 어느 한 그룹에 제1 밸런싱을 수행하고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하고, 상기 복수의 배터리 셀 중 나머지 그룹에 제2 밸런싱을 수행하고 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하고, 상기 복수의 배터리 셀 전체에 제3 밸런싱을 수행하고, 상기 제어기는, 상기 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제어회로는 상기 제1 밸런싱 동작 및 제2 밸런스 동작 전 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 최초 측정하고, 상기 제어기는 상기 최초 측정된 전압과 상기 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압의 차이가 미리 정한 크기보다 큰 경우 해당 배터리 셀에 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제어회로는 상기 제1 밸런싱을 수행하여 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키고, 상기 나머지 그룹에 상기 제2 밸런싱을 수행하여 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 중간 전압으로 복귀시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제어회로는 상기 제3 밸런싱을 수행하여 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 상기 중간 전압으로 복귀시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제어회로는 일정한 주기에 따라 상기 제1 내지 제3 밸런싱을 반복해서 수행하고, 상기 제어기는 상기 반복해서 수행된 제1 내지 제3 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 배터리 관리 시스템의 제어 방법은, 복수의 배터리 셀 중 짝수번째 또는 홀수번째 배터리 셀 중 어느 한 그룹에 제1 밸런싱을 수행하고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계, 상기 복수의 배터리 셀 중 나머지 그룹에 제2 밸런싱을 수행하고 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계, 상기 복수의 배터리 셀 전체에 제3 밸런싱을 수행하는 단계, 및 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 밸런싱에 앞서 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 최초 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는 단계는, 상기 최초 측정된 전압과 상기 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압의 차이가 미리 정한 크기보다 큰 경우 해당 배터리 셀에 단선이 발생한 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 어느 한 그룹에 제1 밸런싱을 수행하고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계는, 상기 제1 밸런싱을 수행하여 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키는 것을 포함하고, 상기 나머지 그룹에 제2 밸런싱을 수행하고 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계는, 상기 나머지 그룹에 상기 제2 밸런싱을 수행하여 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 중간 전압으로 복귀시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 복수의 배터리 셀 전체에 제3 밸런싱을 수행하는 단계는, 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 상기 중간 전압으로 복귀시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 일정한 주기에 따라 상기 제1 내지 제3 밸런싱을 반복해서 수행하는 단계 및 상기 반복해서 수행된 제1 내지 제3 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 배터리 셀 주변 회로의 단선 검출에 있어서 최초 측정된 배터리 셀의 전압값과 밸런싱을 진행한 후 측정한 전압값의 차이에 기초하여 단선 여부를 검출할 수 있다. 또한 단선으로 인해 과전압이 유지될 수 있는 배터리 셀에 대하여 짝수 번?? 및 홀수 번?? 배터리 셀의 밸런싱이 완료된 후 다시 한번 전체 배터리 셀에 대하여 밸런싱을 수행하여 중간 전압을 유지시킴으로써 단선 여부 판단이 불가능해지는 경우를 막을 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템을 더욱 자세하게 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 의해 수행되는 배터리 셀 밸런싱 및 단선 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 5b는 기존의 따른 배터리 관리 시스템에 의해 수행되는 배터리 셀 밸런싱 및 단선 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 따른 배터리 관리 시스템에 의해 수행되는 배터리 셀 밸런싱 및 단선 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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.
하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 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.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은(100)은 복수의 배터리 셀(10), 복수의 제어회로(20) 및 제어기(30)를 포함할 수 있다.
복수의 제어 회로(20)는 복수의 배터리 셀(10)마다 연결되어 배터리 셀(10) 각각의 전압을 측정하고 관리할 수 있다. 제어 회로(20)는 배터리 셀(10)의 전압을 측정하여 제어기(30)에 제공할 수 있다.
또한 복수의 제어 회로(20)는 제어기(30)의 제어에 따라 배터리 셀(10)의 셀 밸런싱을 수행하며 배터리 셀(10) 내부 또는 주변 회로의 단선 여부를 판단할 수 있다.
도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템을 더욱 자세하게 설명하기 위한 회로도이다. 도 2에서 예시적으로 2k번째 배터리 셀(BC2k)과 2k+1번째 배터리 셀(BC2K + 1)이 직렬로 연결된 배터리 셀(10)의 구조가 도시된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 포함된 제어 회로(20)는 각각의 배터리 셀에 대응하도록 연결된 스위칭 소자(SW), 스위칭 소자(SW)를 턴 온 또는 턴 오프시키는 드라이버(BD) 및 배터리 셀(BC2k, BC2k+1)의 전압을 측정하여 제어기(30)로 출력하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 셀(10) 가운데 배터리 셀(BC2k)은 짝수 번째 배터리 셀을 지칭하며 배터리 셀(BC2k+1)은 홀수 번째 배터리 셀을 지칭할 수 있다.
짝수 번째 배터리 셀(BC2k)의 양단에는 각각 필터 저항(RF) 및 밸런싱 저항(RBAL)이 연결될 수 있다. 필터 저항(RF)의 타단은 제1 노드(N1)로 연결되며, 밸런싱 저항(RBAL)의 타단은 제4 노드(N4)에 연결될 수 있다. 드라이버(BD)는 제어기(30)로부터 스위치 인에이블 신호(SWEN)를 제공받아 스위칭 소자(SW)를 턴 온 시킬 수 있다. 스위칭 소자(SW)는 드라이버(BD)에 의해 턴 온되어 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4)를 연결시킬 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 제어기(30)로부터 출력된 변환 신호(ADCEN)에 의해 제어되어 배터리 셀(BC2k)의 전압, 즉 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이의 전압을 측정하여 제어기(30)에 제공할 수 있다. 제2 노드(N2)는 짝수 번째 배터리 셀(BC2k)과 홀수 번째 배터리 셀(BC2k+1)에 연결된 제어 회로(20)에 의해 공유될 수 있다.
홀수 번째 배터리 셀(BC2k +1) 및 이에 연결된 제어회로는 짝수 번째 배터리 셀(BC2k)과 이에 연결된 제어회로와 유사한 구성을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 제어 방법은, 전체 배터리 셀(BC2k, BC2k+1)의 전압을 측정하는 단계(S110), 짝수 번째 배터리 셀을 밸런싱하는 단계(S120), 홀수 번째 배너리 셀을 밸런싱 하는 단계(S130), 전체 배터리 셀을 밸런싱 하는 단계(S140) 및 배터리 셀 주변 회로의 단선을 판단하는 단계(S150)를 포함할 수 있다. 이하에서 도 4a 내지 4c의 회로도를 참조하여 배터리 관리 시스템의 제어 방법을 설명한다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 의해 수행되는 배터리 셀 밸런싱 및 단선 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 전체 배터리 셀(BC2k, BC2k+1)의 전압을 측정하는 단계(S110)가 수행된다. 이는 배터리 셀(10)에 포함된 짝수 번째 배터리 셀(BC2k)과 홀수 번째 배터리 셀(BC2k+1)의 전압을 측정하는 것을 포함한다. 제어기(30)는 전체 배터리 셀(BC2k, BC2k+1)과 연결된 제어회로(20)에 포함된 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 변환 신호(ADCEN)를 차례로 제공하고, 아날로그-디지털 변환기(ADC)로부터 출력된 배터리 전압값(BV2k)을 수신할 수 있다.
이어서, 짝수 번째 배터리 셀을 밸런싱하는 단계(S120)가 수행된다. 도 4a를 참조하면, 제어기(30)는 드라이버(BD)에 스위치 인에이블 신호를 제공하여 스위칭 소자(SW)를 턴 온 시켜 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4)를 연결할 수 있다. 이 때 짝수 번째 배터리 셀(BC2k)로부터 스위칭 소자(SW)를 통해 흐르는 짝수 번째 밸런싱 전류(IBAL2k)가 폐루프 전류로 흐를 수 있다.
짝수 번째 배터리 셀(BC2k)의 밸런싱이 완료된 후, 짝수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)을 측정한다. 최초 측정된 짝수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)과 비교하여 짝수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)의 변화량이 산출될 수 있다.
이어서, 홀수 번째 배터리 셀을 밸런싱하는 단계(S130)가 수행된다. 도 4b를 참조하면, 홀수 번째 배터리 셀(BC2k+1)로부터 스위칭 소자(SW)를 통해 흐르는 홀수 번째 밸런싱 전류(IBAL2k + 1)가 폐루프 전류로 흐를 수 있다.
횰수 번째 배터리 셀(BC2k+1)의 밸런싱이 완료된 후, 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k+1)을 측정한다. 최초 측정된 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)과 비교하여 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k + 1)의 변화량이 산출될 수 있다.
이어서, 전체 배터리 셀을 밸런싱하는 단계(S140)가 수행된다. 도 5c를 참조하면, 짝수 번째 배터리 셀(BC2k)로부터 스위칭 소자(SW)를 통해 흐르는 짝수 번째 밸런싱 전류(IBAL2k)가 폐루프 전류로 흐르고, 홀수 번째 배터리 셀(BC2k+1)로부터 스위칭 소자(SW)를 통해 흐르는 홀수 번째 밸런싱 전류(IBAL2k + 1)가 폐루프 전류로 흐를 수 있다.
이어서, 배터리 셀 주변 회로의 단선을 판단하는 단계(S150)가 수행된다. 최초 측정된 배터리 셀의 전압과 배터리 셀의 밸런싱 완료 후 측정된 배터리 셀의 전압 사이의 전압 차이가 미리 정한 값보다 큰 경우 단선으로 판단될 수 있다즉, 단선이 발생한 경우 최초 측정된 배터리 셀의 전압이 과전압의 상태로 측정되는 바, 밸런싱 수행 후에 전압 변화량이 통상적인 상태보다 크게 산출되기 때문이다.
즉, 최초 측정된 홀수 번째 배터리 셀의 전압과 홀수 번째 배터리 셀의 밸런싱이 완료된 후 측정된 홀수 번째 배터리 셀의 전압의 차이가 미리 정한 값보다 큰 경우 단선이 발생한 것으로 판단될 수 있다. 마찬가지로, 최초 측정된 짝수 번째 배터리 셀의 전압과 짝수 번째 배터리 셀의 밸런싱이 완료된 후 측정된 짝수 번째 배터리 셀의 전압의 차이가 미리 정한 값보다 큰 경우 단선이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
도 5a 및 5b는 기존의 따른 배터리 관리 시스템에 의해 수행되는 배터리 셀 밸런싱 및 단선 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 본 발명에서 도 3을 이용하여 설명한 배터리 관리 시스템의 제어 방법 가운데 전체 배터리 셀의 밸런싱하는 단계(S140)가 수행되지 않은 경우의 단선 판단 과정이 도시된다.
초기의 전체 전압 측정 과정에서, 짝수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)과 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k+1)은 정상 전압(예를 들어 5V)을 유지한다.
다음으로, 짝수 번째 배터리 셀에 대해 밸런싱을 수행하면 짝수 번째 배터리 셀(BC2k)은 전압 강하가 일어나 짝수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)의 전압은 0V로 변경된다. 이 때 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k+1)은 스위칭 소자가 턴 오프 상태이므로 5V로 유지된다.
다음으로, 홀수 번째 배터리 셀에 대해 밸런싱을 수행하면 홀수 번째 배터리 셀에 대해 전압 강하가 일어나 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k + 1)의 전압은 0V로 변경된다. 또한 짝수 번째 배터리 셀(BV2k)은 스위칭 소자가 턴 오프 되므로 원래 전압인 5V로 돌아온다.
짝수 번째 배터리 셀과 홀수 번째 배터리 셀의 밸런싱이 종료된 후 배터리 셀의 주변 회로가 단선되었는지 여부가 판단된다. 최초 측정된 배터리 셀의 전압과 배터리 셀의 밸런싱 완료 후 측정된 배터리 셀의 전압 사이의 전압 차이가 미리 정한 값보다 큰 경우 단선으로 판단될 수 있다. 최초 측정 시 짝수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)과 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k+1) 모두 중간 전압, 즉 5V로 측정될 것이므로 전압 차이에 기초하여 단선 판단하는 데는 문제가 없을 것이다.
그러나, 상기 단선 판단 이후 홀수 번째 배터리 셀(BC2k+1)에 단선이 발생한 경우 홀수 번째 배터리 셀(BC2k+1)에 대하여 과전압이 유지되고, 이후 밸런싱을 전후의 배터리 셀의 전압 차이를 이용한 단선의 검출이 불가능할 수 있다.
즉, 두번째 전체 전압 측정 과정에서 홀수 번째 배터리 셀(BC2k+1)은 단선으로 인해 앞서 수행했던 홀수 번?? 배터리 셀(BC2k+1)에 대한 밸런싱 작업으로 인해 0V로 변경된 전압이 돌아오지 않은 상태이다. 전체 전압 측정 과정에서 단선이 발생한 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k + 1)은 0V로 측정된다.
이어서 짝수 번째 배터리 셀의 밸런싱이 수행되면 단선이 발생한 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k + 1)은 스위칭 소자가 턴 오프 5V로 돌아오게 된다. 그런데 홀수 번?? 배터리 셀의 밸런싱을 다시 수행하면 단선이 발생한 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k + 1)은 0Vfh 변경되어 최초 측정된 배터리 셀의 전압과 배터리 셀의 밸런싱 완료 후 측정된 배터리 셀의 전압 사이의 전압 차이를 이용하여 단선 판단을 수행하는 것이 불가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 이러한 문제를 해결하기 위해 전체 배터리 셀의 밸런싱 수행 과정을 추가함으로써 배터리 셀 주변 회로의 단선을 검출할 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 따른 배터리 관리 시스템에 의해 수행되는 배터리 셀 밸런싱 및 단선 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 홀수 번?? 배터리 셀(BC2k+1)에 대한 밸런싱 수행 과정까지는 동일하다. 그러나 본 발명의 따른 배터리 관리 시스템은 홀수 번?? 배터리 셀(BC2k+1)의 밸런싱이 수행된 이후 전체 배터리 셀(BCk)에 대한 밸런싱을 수행한다. 즉 이를 통해 직전 과정에서 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k+1)을 다시 중간 전압으로 끌어와 전체 전압 측정 시 발생한 홀수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k+1)과 짝수 번째 배터리 셀의 전압(BV2k)이 항상 중간 전압을 시작되도록 전압을 제어할 수 있다. 이를 통해 홀수 번?? 배터리 셀(BC2k+1) 또는 짝수 번?? 배터리 셀(BC2k) 어느 쪽에 단선이 발생한 경우에도 이를 검출할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 배터리 관리 시스템 10: 배터리 셀
20: 제어 회로 30: 제어기

Claims (10)

  1. 직렬 연결된 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀에 밸런싱 동작을 수행하고, 상기 직렬 연결된 복수의 배터리 셀 각각의 전압의 측정하는 제어회로; 및
    상기 복수의 배터리 셀 각각으로부터 측정된 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 주변 회로의 단선 여부를 검출하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어회로는,
    상기 복수의 배터리 셀 중 짝수번째 또는 홀수번째 배터리 셀 중 어느 한 그룹에 제1 밸런싱을 수행하고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하고,
    상기 복수의 배터리 셀 중 나머지 그룹에 제2 밸런싱을 수행하고 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하고,
    상기 복수의 배터리 셀 전체에 제3 밸런싱을 수행하고,
    상기 제어기는,
    상기 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는,
    배터리 셀 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어회로는 상기 제1 밸런싱 동작 및 제2 밸런스 동작 전 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 최초 측정하고,
    상기 제어기는 상기 최초 측정된 전압과 상기 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압의 차이가 미리 정한 크기보다 큰 경우 해당 배터리 셀에 단선이 발생한 것으로 판단하는,
    배터리 셀 관리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어회로는 상기 제1 밸런싱을 수행하여 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키고,
    상기 나머지 그룹에 상기 제2 밸런싱을 수행하여 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 중간 전압으로 복귀시키는,
    배터리 셀 관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어회로는 상기 제3 밸런싱을 수행하여 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 상기 중간 전압으로 복귀시키는,
    배터리 셀 관리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어회로는 일정한 주기에 따라 상기 제1 내지 제3 밸런싱을 반복해서 수행하고,
    상기 제어기는 상기 반복해서 수행된 제1 내지 제3 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는,
    배터리 셀 관리 시스템.
  6. 복수의 배터리 셀 중 짝수번째 또는 홀수번째 배터리 셀 중 어느 한 그룹에 제1 밸런싱을 수행하고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계;
    상기 복수의 배터리 셀 중 나머지 그룹에 제2 밸런싱을 수행하고 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계;
    상기 복수의 배터리 셀 전체에 제3 밸런싱을 수행하는 단계; 및
    복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는,
    배터리 셀 관리 시스템의 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 밸런싱에 앞서 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 최초 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는 단계는,
    상기 최초 측정된 전압과 상기 복수의 배터리 셀의 상기 제1 밸런싱 또는 상기 제2 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압의 차이가 미리 정한 크기보다 큰 경우 해당 배터리 셀에 단선이 발생한 것으로 판단하는 것을 포함하는,
    배터리 셀 관리 시스템의 제어 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 어느 한 그룹에 제1 밸런싱을 수행하고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계는,
    상기 제1 밸런싱을 수행하여 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키는 것을 포함하고,
    상기 나머지 그룹에 제2 밸런싱을 수행하고 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계는,
    상기 나머지 그룹에 상기 제2 밸런싱을 수행하여 상기 나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 하강시키고 상기 어느 한 그룹의 배터리 셀 전압을 중간 전압으로 복귀시키는 것을 포함하는,
    배터리 셀 관리 시스템의 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 전체에 제3 밸런싱을 수행하는 단계는,
    나머지 그룹의 배터리 셀 전압을 상기 중간 전압으로 복귀시키는 것을 포함하는,
    배터리 셀 관리 시스템의 제어 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    일정한 주기에 따라 상기 제1 내지 제3 밸런싱을 반복해서 수행하는 단계; 및
    상기 반복해서 수행된 제1 내지 제3 밸런싱 후에 측정된 배터리 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀의 단선 발생 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는,
    배터리 셀 관리 시스템의 제어 방법.
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