KR20190102814A - 배터리 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 다른 범위의 전류를 센싱하는 제 1 및 제 2 홀 소자; 상기 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 어느 하나와 기준 전류를 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 어느 하나를 선택하는 선택부를 포함하는 배터리 관리 장치 및 방법을 제시한다.

Description

배터리 관리 장치 및 방법{Apparatus and method for managing battery}
본 발명은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전류 센싱 오류를 줄일 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
노트북, 휴대용 전화기 등의 휴대용 전자 제품과 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 이동 장치의 수요 증대에 따라 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지(이하, 배터리라 함)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
배터리는 AC 전원과 같은 외부 전원이 연결되어 있지 않은 상태에서 이동 장치에 사용되는 것이므로 구동 시간에 한계가 있다. 그런데, 배터리의 사용 가능 시간을 제대로 예측하지 못하는 경우 사용자는 큰 어려움을 겪을 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차용 배터리의 가용 시간을 제대로 예측하지 못하는 경우 운행 중 배터리가 만방전되어 도로 한가운데에서 자동차가 정지하는 경우가 발생할 수 있다.
이와 같이 사용자가 배터리의 만방전을 예측하지 못해 사용 도중에 갑작스럽게 배터리가 만방전되는 것을 방지하기 위해 배터리의 잔량, 즉 SOC(State Of Charge)를 추정하여 사용자에게 제공한다. 배터리의 SOC는 배터리의 만충전 용량(Full Charge Capacity; FCC)에 대한 잔량을 백분율로 표시하는 형태가 일반적이다. 배터리의 SOC를 추정하기 위해 배터리의 전류를 센싱하고 이를 이용하여 배터리 관리 장치(Battery Management System: 이하 BMS라 함)가 배터리의 관리 및 제어를 위한 알고리즘을 수행한다.
전류 센서를 이용하여 배터리의 전류를 센싱할 수 있는데, 전류 센서로서 하나의 입력과 두개의 출력을 갖는 2채널 홀(Hall) 센서를 이용할 수 있다. 이때, 두개의 출력 단자는 서로 다른 레벨의 전류를 출력할 수 있는데, 하나는 상대적으로 좁은 범위의 전류를 출력하고 다른 하나는 상대적으로 넓은 범위의 전류를 출력할 수 있다. 즉, 더 넓은 범위의 전류를 출력할 수 있는 제 2 출력 단자는 좁은 범위의 전류를 출력할 수 있는 제 1 출력 단자의 범위를 포함한다. 입력 단자로부터 입력된 전류는 두 단자를 통해 출력되며, 입력된 전류의 크기가 제 1 출력 단자의 범위를 벗어나는 경우 전류는 일정한 크기로 출력된다. 그런데, 제 1 및 제 2 출력 단자를 통해 출력되는 전류는 소정의 오차를 가질 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 출력 단자를 통해 각각 출력되는 범위 사이에 소정의 오차를 가질 수 있다. 그리고, 일반적으로 넓은 범위의 전류를 출력하는 제 2 출력 단자의 오차가 좁은 범위의 전류를 출력하는 제 1 출력 단자보다 클 수 있다. 따라서, 입력 전류가 두 출력 단자를 통해 출력되는 전류값의 경계 부근의 값을 가질 경우 오차가 발생하거나 센싱 신뢰성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 좁은 범위를 출력하는 제 1 출력 단자의 최대 출력에 해당하는 크기의 전류가 흐를 경우 두 출력 단자에서 출력되는 전류를 처리하는 방식에 따라 오차가 크게 발생될 수 있다. 또한, 이러한 오차 또는 신뢰성 저하는 전류 센서가 노후화됨에 따라 전류 범위가 변화됨으로써 더욱 크게 발생될 수 있다. 예를 들어, 전류 센서의 노후화에 따라 두 출력 단자를 통해 출력되는 전류 범위가 원래 설정 범위보다 커지거나 작아질 수 있고, 그에 따라 오차가 커질 수 있다.
한국공개특허 제2014-0053590호
본 발명은 전류 센싱의 오차를 줄일 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 2채널 홀 센서의 출력 전류를 기준 전류와 비교하여 출력 전류를 선택함으로써 전류 센싱의 오차를 줄일 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 배터리 관리 장치는 서로 다른 범위의 전류를 센싱하는 제 1 및 제 2 홀 소자; 상기 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 어느 하나와 기준 전류를 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 어느 하나를 선택하는 선택부를 포함한다.
상기 비교부 및 선택부에 의한 비교 및 선택 과정을 복수회 반복한 후 선택된 센싱 전류의 평균을 계산하는 연산부를 더 포함한다.
상기 기준 전류를 저장하고, 상기 선택부에 의해 선택된 센싱 전류를 저장하는 메모리부를 더 포함한다.
상기 비교부는 상기 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 낮은 범위의 센싱 전류와 상기 기준 전류를 비교한다.
상기 기준 전류는 상기 제 1 및 제 2 홀 소자에 의해 센싱되는 낮은 범위의 센싱 전류의 최대값보다 크거나 같다.
상기 선택부는 상기 기준 전류와 비교한 제 1 센싱 전류가 상기 기준 전류보다 낮을 경우 제 1 센싱 전류를 선택하고, 제 1 센싱 전류가 상기 기준 전류보다 크거나 같을 제 2 센싱 전류를 선택한다.
평균 전류를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부 및 배터리의 밸런싱을 수행하는 밸런싱부 중 적어도 하나를 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 배터리 관리 방법은 제 1 및 제 2 홀 소자를 각각 구비하는 적어도 하나의 전류 센서를 이용하여 배터리의 전류를 센싱하는 과정; 상기 제 1 및 제 2 홀 소자 중 어느 하나의 홀 소자로부터 센싱된 전류와 기준 전류를 비교하는 과정; 상기 비교 결과에 따라 어느 하나의 센싱 전류를 선택하는 과정; 및 센싱 전류와 기준 전류를 비교 및 선택하는 과정을 복수회 반복한 후 평균 전류를 계산하는 과정을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 낮은 범위의 센싱 전류와 상기 기준 전류를 비교한다.
상기 기준 전류는 상기 제 1 및 제 2 홀 소자에 의해 센싱되는 전류 중에서 낮은 범위의 센싱 전류의 최대값보다 크거나 같게 설정된다.
상기 기준 전류와 비교되는 센싱 전류가 상기 기준 전류보다 낮을 경우 해당 센싱 전류를 선택하고, 상기 기준 전류보다 크거나 같을 경우 다른 센싱 전류를 선택한다.
상기 평균 전류를 이용하여 SOC를 추정하는 과정 및 밸런싱을 수행하는 과정 중 적어도 하나의 과정을 더 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 관리 장치 및 방법은 전류 센서, 예를 들어 두개의 홀 소자를 구비하는 홀 센서의 출력 전류를 기준 전류와 비교하여 출력 전류를 선택한다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 전류를 센싱하는 제 1 홀 소자의 출력 전류를 기준 전류와 비교하여 기준 전류 미만이면 제 1 홀 소자의 출력 전류를 선택하고, 기준 전류 이상이면 제 2 홀 소자의 출력 전류를 선택한다. 이때, 기준 전류는 제 1 홀 소자에 의해 센싱되는 전류의 최대값보다 크거나 같게 설정한다.
본 발명에 의하면, 제 1 및 제 2 홀 소자에 의해 센싱되는 전류의 경계 부근의 일정 주파수를 가지고 크기를 변하는 경우에도 오차를 줄일 수 있어 전류 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 경계 부근의 입력 전류가 일정한 크기를 갖는 경우에도 오차를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치를 구비하는 전기 자동차의 개략적인 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 일부 구성의 상세 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5 및 도 6은 종래와 본 발명의 실시 예에 따른 전류 처리 방식에 따른 출력 전류의 크기를 비교한 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도.
도 8은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
1. 전기 자동차의 예
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 장치를 구비하는 전기 자동차의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차는 전기 에너지를 제공하는 배터리(10)와, 배터리(10)를 관리하는 BMS(20)와, 전기 자동차의 상태를 제어하는 ECU(30)와, 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 하는 인버터(40)와, 전기 자동차를 구동하는 모터(50)를 포함할 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 여기서, 배터리(10)는 적어도 하나의 배터리 팩을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 패터리 팩은 각각 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있으며, 배터리 모듈은 충방전 가능한 복수의 배터리 셀 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈은 차량이나 배터리 팩 등의 스펙(specification)에 부합되도록 다양한 방법으로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있고, 복수의 배터리 셀 또한 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 SOC, 수명(State of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어한다. 본 발명에 따른 BMS(20)는 배터리의 SOC를 추정하기 위한 SOC 추정 장치를 포함한다. 또한, BMS(20)는 각 배터리 셀의 충전 상태의 균형을 맞추기 위한 셀 밸런싱을 제어한다. 즉, 충전 상태가 비교적 높은 배터리 셀은 방전시키고 충전 상태가 비교적 낮은 배터리 셀은 충전시킬 수 있다. 한편, BMS(20)를 이용하여 배터리(10)를 관리하기 위해 배터리(10)의 상태를 센싱하는 센싱부를 더 포함할 수 있다. 센싱부는 배터리(10)의 전류를 센싱하는 전류 센서, 전압을 센싱하는 전압 센서, 온도를 센싱하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 이때, 전류 센서, 전압 센서 및 온도 센서는 각각 적어도 하나 마련될 수 있다.
ECU(engine controller unit; 30)는 전기 자동차의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 한다. 예를 들어, BMS(20)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(40)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(10) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(10)를 충전시키고, SOC가 55% 이상이면 인버터(40)의 스위치를 제어하여 전력이 모터(50) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(10)를 방전시킨다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 전기 자동차의 주행이 가능하도록 모터(50)를 구동시킨다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
2. 배터리 관리 장치
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 일부 구성을 상세 설명하기 위한 블록도이다. 즉, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 센서와 제어부의 주요 부분의 상세 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리(10)의 전압 및 전류 등의 상태를 센싱하는 센싱부(100)와, 배터리(10)를 관리하기 위한 데이터를 저장하는 메모리부(200)와, 센싱부(100)로부터 센싱된 데이터와 메모리부(200)의 저장 데이터를 이용하여 배터리를 관리하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.
2.1. 센싱부
센싱부(100)는 배터리(10)의 상태를 센싱하기 위해 마련될 수 있다. 예를 들어, 센싱부(100)는 배터리(10)의 전류, 전압, 온도 등을 센싱할 수 있다. 또한, 센싱부(100)는 배터리 팩, 배터리 모듈 및 배터리 셀의 전류 및 전압 등의 상태를 센싱할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀 각각의 상태를 센싱할 수도 있고, 복수의 배터리 셀이 묶인 배터리 모듈의 상태를 센싱할 수도 있으며, 복수의 배터리 모듈이 묶인 배터리 팩의 상태를 센싱할 수도 있다. 이를 위해 센서부(100)는 복수의 센서를 포함할 수 있는데, 예를 들어 적어도 하나의 전류 센서(110) 및 적어도 하나의 전압 센서(120)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 전류 센서(110)는 배터리(10)의 전류를 측정할 수 있다. 즉, 전류 센서(110)는 복수의 배터리 셀 각각의 전류를 센싱할 수도 있고, 적어도 하나의 배터리 모듈의 전류를 센싱할 수도 있으며, 적어도 하나의 배터리 팩의 전류를 센싱할 수도 있다. 이러한 전류 센서(110)는 예를 들어 홀(Hall) 센서를 이용할 수 있다. 홀 센서는 전류의 방향에 수직으로 자장이 인가되면 출력이 변화되는 전류 자기 효과를 가지는 홀 소자를 이용하여 전류를 센싱한다. 이하의 설명에서 전류 센서(110)는 홀 센서를 예로 들어 설명한다. 또한, 홀 센서를 이용한 전류 센서(110)는 그 종류에 따라 하나의 입력과 두개의 출력을 가질 수 있다. 즉, 각각의 전류 센서(110)는 입력 단자가 배터리(10)에 연결되고, 두개의 출력 단자가 제어부(300)에 연결될 수 있다. 이렇게 두개의 출력을 갖는 전류 센서(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 두개의 홀 소자(111, 112)를 포함할 수 있다. 여기서, 두개의 홀 소자(111, 112)는 각각 서로 다른 범위의 전류를 센싱할 수 있다. 즉, 전류 센서(110)는 제 1 범위의 전류를 센싱하는 제 1 홀 소자(111)와, 제 2 범위의 전류를 센싱하는 제 2 홀 소자(112)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 홀 소자(111)는 상대적으로 낮은 대역의 전류가 흐르는 단자 주위에서 홀 효과로 인한 전압을 발생시킴으로써 낮은 대역의 전류를 센싱할 수 있다. 또한, 제 2 홀 소자(112)는 상대적으로 높은 대역의 전류가 흐르는 단자 주위에서 홀 효과로 인한 전압을 발생시킴으로써 높은 대역의 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 홀 소자(111)는 30A 이하의 전류를 센싱할 수 있고, 제 2 홀 소자(112)는 300A 이하의 전류를 센싱할 수 있다. 즉, 제 2 홀 소자(112)의 전류 센싱 범위는 제 1 홀 소자(111)의 전류 센싱 범위를 포함할 수 있다. 이렇게 2채널 전류 센서(110)를 이용하여 배터리(10)의 전류를 대역별로 측정할 수 있으므로 전류 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 그런데, 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 측정 범위의 경계값의 전류가 흐를 경우 오차가 발생하거나 센싱 신뢰성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 측정 범위 사이인 30A의 전류가 흐를 경우 제 1 홀 소자(111) 또는 제 2 홀 소자(112)가 전류를 센싱하여야 하지만 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112) 모두 센싱하지 않거나 모두 센싱하는 경우가 발생할 수 있어 센싱 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 이러한 오차 또는 신뢰성 저하는 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)가 노후화됨에 따라 전류 범위가 변화됨으로써 더욱 크게 발생될 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(110)의 노후화에 따라 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 센싱 전류 범위가 원래 설정 범위보다 커지거나 작아질 수 있고, 그에 따라 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 측정 범위의 경계값의 범위가 커질 수 있다. 한편, 각각의 홀 센서(111, 112)는 홀 전류 변환기(Hall current transformer)를 포함할 수 있다. 홀 전류 변환기는 각각의 홀 소자(111, 112)를 이용하여 측정된 전류에 대응되는 신호를 출력한다.
전압 센서(120)는 배터리 팩, 배터리 모듈 또는 배터리 셀의 적어도 어느 하나의 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전압 센서(120)를 이용하여 배터리 팩의 전압을 측정할 수 있는데, BMS가 인에이블된 후 배터리 팩으로부터 소정 시간 후 안정화된 전압, 즉 OCV를 측정할 수 있다. 또한, 센싱부(110)는 배터리(10) 또는 주변 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 온도 센서는 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 일 영역 또는 복수 영역의 온도를 측정할 수 있고, 이를 위하여 적어도 하나 이상 마련될 수 있다.
2.2. 메모리부
메모리부(200)는 전류 센서(110)로부터 센싱된 전류를 비교하기 위한 기준 전류를 저장할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 전류를 센싱하는 제 1 홀 소자(111)가 센싱한 전류를 비교하기 위한 기준 전류를 저장할 수 있다. 이때, 기준 전류는 제 1 홀 소자(111)의 측정 범위의 최대값보다 크거나 같게 설정될 수 있다. 즉, 제 1 홀 소자(111)가 예를 들어 30A 이하의 전류를 센싱하는 경우 기준 전류는 예를 들어 30A로 설정할 수 있다. 또한, 이러한 기준 전류는 사용자가 미리 설정하여 메모리부(200)에 저장할 수 있다. 이렇게 메모리부(200)에 저장된 기준 전류는 제어부(300)에 전달되어 전류 센서(110)로부터 센싱된 상대적으로 낮은 전류, 즉 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류와 비교하도록 할 수 있다.
한편, 메모리부(200)에는 기준 전류 이외에 배터리(10)의 운용 및 관리를 위한 다양한 데이터가 저장될 수 있다. 예를 들어, 메모리부(200)는 배터리(10)의 SOC를 추정하기 위한 SOC와 OCV가 저장될 수 있다. 이때, SOC와 OCV는 매칭되어 저장될 수 있다. 즉, 사용자에 의해 실험적으로 측정된 다양한 SOC와 그에 따른 OCV가 매칭되어 메모리부(200)에 저장될 수 있다. 한편, COV와 SOC가 매칭되어 저장되고, 이때의 온도 및 내부 저항 등도 저장될 수 있다. 즉, 메모리부(200)에는 배터리의 주위 온도, 내부 저항 또는 온도에 따른 용량 감소 계수 등을 별도로 구하여 미리 저장될 수 있다. 한편, 메모리부(200)는 BMS(20) 내에 구비될 수 있고, BMS(20) 외에 별도로 마련될 수 있다. 메모리부(200)는 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리가 이용될 수 있다.
2.3. 제어부
제어부(300)는 센싱부(100)로부터 측정된 데이터를 이용하여 배터리(10)를 운용 및 관리한다. 즉, 제어부(300)는 센싱부(100)로부터 측정된 전류, 전압, 온도 등의 데이터를 이용하여 배터리(10)를 운용 및 관리한다. 이때, 제어부(300)는 SOC 추정, 밸런싱 등을 수행하도록 하여 배터리(10)를 최적의 상태로 관리되도록 한다.
또한, 제어부(300)는 전류 센서(110)로부터 측정된 배터리(10)의 전류를 메모리부(200)에 저장된 기준 전류와 비교하여 선택한다. 이를 위해 제어부(300)는 비교부(310) 및 선택부(320)를 포함할 수 있다. 비교부(310)는 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112) 중 적어도 어느 하나의 센싱 전류와 기준 전류를 비교한다. 예를 들어, 비교부(310)는 상대적으로 낮은 전류를 센싱하는 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류와 기준 전류를 비교한다. 즉, 비교부(310)는 메모리부(200)로부터 기준 전류와 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류를 비교한다. 비교부(310)의 비교 결과는 선택부(320)에 입력된다. 선택부(320)는 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 센싱 전류를 각각 입력하고 비교부(310)의 비교 결과에 따라 어느 하나의 센싱 전류를 선택한다. 즉, 선택부(320)는 비교부(310)의 비교 결과 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류가 기준 전류보다 작으면 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류를 선택한다. 그러나, 선택부(320)는 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류가 기준 전류보다 크거나 같으면 제 2 홀 소자(112)의 센싱 전류를 선택한다.
한편, 제어부(300)는 이러한 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류를 기준 전류와 비교하는 과정을 복수회 반복할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 복수회 반복하여 평균을 계산하고 결과값을 출력할 수 있다. 이를 위해 제어부(300)는 연산부(330)를 더 포함할 수 있다. 즉, 비교부(310) 및 선택부(320)는 전류 센서(110)로부터 센싱된 전류를 기준 전류와 복수회 반복하여 비교 및 선택하고, 연산부(330)는 그 평균을 계산할 수 있다. 이렇게 반복적인 비교 및 선택과 평균 계산에 의해 생성된 배터리(10)의 평균 전류를 이용하여 SOC 추정 및 밸런싱 등을 수행할 수 있다. 이렇게 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류를 기준 전류와 비교하고 선택하는 과정을 반복하여 평균 전류를 계산함으로써 전류 센서(110)의 센싱 전류의 오차를 줄일 수 있고 그에 따라 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류가 오차가 발생되는 경우에도 그보다 큰 제 2 홀 소자(112)의 센싱 전류를 선택함으로써 전류 센서(110)의 센싱 오차를 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치를 이용한 배터리 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)를 각각 구비하는 적어도 하나의 전류 센서(110)를 이용하여 배터리(10)의 전류를 센싱하는 과정(S100)과, 두 홀 소자(111, 112) 중 어느 하나의 홀 소자(111, 112)로부터 센싱된 전류와 기준 전류를 비교하는 과정(S200)과, 센싱 전류가 기준 전류보다 낮거나 같은 경우 해당 센싱 전류를 선택하고 그렇지 않을 경우 다른 센싱 전류를 선택하는 과정(S300)과, 센싱 전류와 기준 전류를 비교하고 선택하는 과정을 복수회 반복하여 평균 전류를 계산하는 과정(S400)을 포함할 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 과정별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
S100 : 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)를 구비하는 전류 센서(110)를 이용하여 배터리(10)의 전류를 센싱한다. 여기서, 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)는 각각 서로 다른 범위의 전류를 센싱할 수 있는데, 예를 들어 제 1 홀 소자(111)는 30A 미만의 전류를 센싱할 수 있고, 제 2 홀 소자(112)는 30A 이상의 전류를 센싱할 수 있다. 즉, 30A 미만의 배터리의 전류는 제 1 홀 소자(111)에 의해 센싱되어 출력될 수 있고, 30A 이상의 배터리의 전류는 제 2 홀 소자(112)에 의해 센싱되어 출력될 수 있다.
S200 : 제어부(300)는 전류 센서(110)로부터 센싱된 전류와 기준 전류를 비교한다. 이때, 제어부(300)는 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 센싱 전류 중 어느 하나를 기준 전류와 비교할 수 있다. 즉, 제어부(300) 내의 비교부(310)는 예를 들어 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류와 기준 전류를 비교할 수 있다. 이때, 기준 전류는 제 1 홀 소자(111)의 측정 범위의 최대값보다 크게 설정되어 메모리부(200)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 제 1 홀 소자(111)가 30A 미만의 전류를 센싱하는 경우 기준 전류는 예를 들어 30A로 설정할 수 있다.
S300 : 제어부(300)는 센싱 전류와 기준 전류의 비교 결과(S310)에 따라 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)로부터 센싱된 전류 중 하나를 선택한다(S320, S330). 즉, 제어부(300) 내의 선택부(320)는 비교부(310)의 비교 결과에 따라 센싱 전류가 기준 전류보다 낮을 경우 제 1 홀 센서(111)의 센싱 전류를 선택하고(S320), 센싱 전류가 기준 전류보다 크거나 같을 제 2 홀 센서(112)의 센싱 전류를 선택한다(S330). 이렇게 선택된 센싱 전류는 메모리부(200)에 저장한다(S340).
S400 : 이렇게 센싱 전류를 기준 전류와 비교하고, 그 결과에 따라 센싱 전류를 선택하는 과정, 즉 S100 내지 S300을 복수회 반복한다(S410). 설정된 횟수로 센싱 전류와 기준 전류를 비교한 후 센싱 전류의 평균을 계산한다(S420). 즉, 센싱 전류와 기준 전류를 비교 및 선택한 후 저장하는 과정을 선택된 횟수 동안 실시하고 제어부(300) 내의 연산부(330)는 평균을 계산한다. 이렇게 산출된 평균 전류를 이용하여 도시되지 않았지만 SOC를 추정할 수 있고, 밸런싱을 수행할 수 있다. 즉, 또한, 반복적인 비교 및 선택과 평균 계산에 의해 생성된 배터리(10)의 평균 전류를 이용하여 SOC 추정 및 밸런싱 등을 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치 및 방법은 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류를 기준 전류와 비교하고 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 센싱 전류 중에서 선택하는 과정을 반복하여 평균 전류를 계산함으로써 전류 센서(110)의 센싱 전류의 오차를 줄일 수 있고 그에 따라 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)의 측정 범위 사이의 전류가 소정의 주파수로 입력되는 경우 또는 일정하게 입력되는 경우에도 본 발명의 방법에 의해 센싱 오차를 줄일 수 있다. 종래 예와 본 발명의 실시 예의 전류 처리 방식에 따른 센싱 전류의 크기를 도 5 및 도 6에 도시하였다. 종래 예는 채널별로 복수의 전류의 평균을 계산하는 방식으로 출력 전류를 선택하였다. 즉, 제 1 및 제 2 홀 소자(111, 112)로부터 출력되는 복수의 전류의 평균을 계산하여 출력 전류를 선택하였다. 도 5는 일정한 크기의 전류가 출력되는 경우이고 도 6은 소정의 주파수를 갖는 전류가 출력되는 경우이다. 도 5에 도시된 바와 같이 일정한 크기의 전류가 출력되는 경우 종래 예(B)와 본 발명의 실시 예(C)를 평균 전류(A)와 비교한 결과 종래 예(B)는 평균 전류(A)와 상당히 큰 오차를 갖지만 본 발명의 실시 예(C)는 평균 전류(A)와 오차가 크지 않음을 알 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 소정의 주파수를 갖는 전류가 출력되는 경우 종래 예(B)는 주파수에 따라 평균 전류(A)와 큰 오차를 가짐을 알 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예(C)는 종래 예(A)보다 오차가 적음을 알 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 일 실시 예는 기준 전류와 센싱 전류를 비교하는 비교부와, 비교 결과에 따라 전류를 선택하는 선택부가 제어부 내에 포함되는 경우를 설명하였다. 그러나, 비교부 및 선택부는 제어부 외측에 마련될 수 있는데, 이러한 본 발명의 다른 실시 예들을 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 다른 실시 예 및 또다른 실시 예에서 비교부 및 선택부는 본 발명의 일 실시 예와 다른 도면 부호로 기재하였는데, 이는 비교부 및 선택부가 마련된 위치에 따라 해당 부분에 포함되는 것임을 설명하기 위함이다. 즉, 비교부 및 선택부가 본 발명의 다른 실시 예는 센싱부(100) 및 제어부(300) 사이에 마련되고, 본 발명의 또다른 실시 예는 센싱부(100) 내에 마련되므로 서로 다른 도면 부호를 기재하였다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도로서, 비교부(410) 및 선택부(420)가 제어부(300) 외측에 마련될 수 있다. 즉, 비교부(410) 및 선택부(420)가 전류 센서(110)와 제어부(300) 사이에 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예와 마찬가지로 비교부(410)는 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류를 메모리부(200)의 기준 전류와 비교하고, 선택부(420)는 비교부(410)의 비교 결과에 따라 제 1 홀 소자(111) 또는 제 2 홀 소자(112)로부터 센싱된 전류를 선택한다. 이러한 비교 및 선택 과정은 복수회 실시되어 제어부(300)에 전달되고, 제어부(300)는 선택된 각 센싱 전류를 메모리부(200)에 저장한 후 설정된 횟수 후 메모리부(200)에 저장된 복수의 센싱 전류를 이용하여 평균 전류를 계산한다.
도 6는 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도로서, 비교부(130) 및 선택부(140)가 센싱부(100) 내에 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예 및 다른 실시 예와 마찬가지로 비교부(130)는 제 1 홀 소자(111)의 센싱 전류를 메모리부(200)의 기준 전류와 비교하고, 선택부(140)는 비교부(130)의 비교 결과에 따라 제 1 홀 소자(111) 또는 제 2 홀 소자(112)로부터 센싱된 전류를 선택한다. 이러한 비교 및 선택 과정은 복수회 실시되어 제어부(300)에 전달되고, 제어부(300)는 선택된 각 센싱 전류를 메모리부(200)에 저장한 후 설정된 횟수 후 메모리부(200)에 저장된 복수의 센싱 전류를 이용하여 평균 전류를 계산한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 센싱부 200 : 메모리부
300 : 제어부 110 : 전류 센서
111, 112 : 제 1 및 제 2 홀 소자
310, 410, 130 : 비교부
320, 320, 140 : 선택부

Claims (12)

  1. 서로 다른 범위의 전류를 센싱하는 제 1 및 제 2 홀 소자;
    상기 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 어느 하나와 기준 전류를 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 따라 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 어느 하나를 선택하는 선택부를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 비교부 및 선택부에 의한 비교 및 선택 과정을 복수회 반복한 후 선택된 센싱 전류의 평균을 계산하는 연산부를 더 포함하는 배터리 관리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 기준 전류를 저장하고, 상기 선택부에 의해 선택된 센싱 전류를 저장하는 메모리부를 더 포함하는 배터리 관리 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 비교부는 상기 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 낮은 범위의 센싱 전류와 상기 기준 전류를 비교하는 배터리 관리 장치.
  5. 청구항 5에 있어서, 상기 기준 전류는 상기 제 1 및 제 2 홀 소자에 의해 센싱되는 낮은 범위의 센싱 전류의 최대값보다 크거나 같은 배터리 관리 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 선택부는 상기 기준 전류와 비교한 제 1 센싱 전류가 상기 기준 전류보다 낮을 경우 제 1 센싱 전류를 선택하고, 제 1 센싱 전류가 상기 기준 전류보다 크거나 같을 경우 제 2 센싱 전류를 선택하는 배터리 관리 장치.
  7. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 평균 전류를 이용하여 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부 및 배터리의 밸런싱을 수행하는 밸런싱부 중 적어도 하나를 더 포함하는 배터리 관리 장치.
  8. 제 1 및 제 2 홀 소자를 각각 구비하는 적어도 하나의 전류 센서를 이용하여 배터리의 전류를 센싱하는 과정;
    상기 제 1 및 제 2 홀 소자 중 어느 하나의 홀 소자로부터 센싱된 전류와 기준 전류를 비교하는 과정;
    상기 비교 결과에 따라 어느 하나의 센싱 전류를 선택하는 과정; 및
    센싱 전류와 기준 전류를 비교 및 선택하는 과정을 복수회 반복한 후 평균 전류를 계산하는 과정을 포함하는 배터리 관리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 홀 소자의 센싱 전류 중 낮은 범위의 센싱 전류와 상기 기준 전류를 비교하는 배터리 관리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 기준 전류는 상기 제 1 및 제 2 홀 소자에 의해 센싱되는 전류 중에서 낮은 범위의 센싱 전류의 최대값보다 크거나 같게 설정되는 배터리 관리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 기준 전류와 비교되는 센싱 전류가 상기 기준 전류보다 낮을 경우 해당 센싱 전류를 선택하고, 상기 기준 전류보다 크거나 같을 경우 다른 센싱 전류를 선택하는 배터리 관리 방법.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 평균 전류를 이용하여 SOC를 추정하는 과정 및 밸런싱을 수행하는 과정 중 적어도 하나의 과정을 더 포함하는 배터리 관리 방법.
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