WO2023101189A1 - 셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템 - Google Patents

셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템 Download PDF

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신현주
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LG Energy Solution Ltd
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    • H02J2207/10—Control circuit supply, e.g. means for supplying power to the control circuit

Definitions

  • the present invention relates to a cell balancing method for performing customized cell balancing for each cell capacity (Cell SOC, Charge of Charge) and a battery system providing the method.
  • An electric vehicle (EV) and a hybrid vehicle (HV) use a battery pack as an energy source for driving a motor.
  • the battery pack may include a plurality of battery cells connected in series and/or in parallel.
  • aging and internal resistance values of each of a plurality of battery cells may vary, and cell deviation may occur among the plurality of battery cells.
  • the cell deviation may indicate a deviation in cell capacity (SOC, State of Charge) and a deviation in cell voltage.
  • SOC State of Charge
  • overcharging or overdischarging may occur, thereby reducing the capacity of the entire battery pack and shortening its lifespan.
  • the battery system performs cell balancing to reduce cell deviation.
  • the battery system may calculate a cell balancing current value based on an open circuit voltage (OCV) value and perform cell balancing for a balancing time calculated based on the balancing current value.
  • OCV open circuit voltage
  • the change width of the cell voltage may be different according to the cell capacity.
  • a change in cell voltage value according to a change in cell capacity may be large. That is, in the process of performing cell balancing, in the case of a battery cell having a large (or small) cell capacity, a cell voltage may be significantly lowered and a balancing current value may also be lowered. Then, for a battery cell having a large (or small) cell capacity, sufficient cell balancing may not be performed for a preset balancing time.
  • the present invention provides a cell balancing method for reducing cell deviation by performing optimal cell balancing according to a cell capacity (SOC, Charge of Charge) of a battery cell, and a battery system providing the method.
  • SOC Cell capacity
  • Charge of Charge a cell capacity of a battery cell
  • a battery system includes a battery including a plurality of battery cells, a cell monitoring IC for measuring a cell voltage of each of the plurality of battery cells, a current sensor for measuring a battery current flowing in the battery, and the Estimating the cell capacity of each of the plurality of battery cells based on the cell voltage and the battery current, extracting a minimum cell capacity among the cell capacities of each of the plurality of battery cells, and determining a balancing reference value corresponding to the minimum cell capacity and a main control circuit determining the necessity of cell balancing for each of the plurality of battery cells based on the balancing reference value.
  • the main control circuit classifies the entire range of cell capacity into a plurality of SOC intervals according to a predetermined criterion, and sets an interval reference value, which is a starting condition of cell balancing, for each of the plurality of SOC intervals according to a predetermined criterion; Among the plurality of SOC sections, an SOC section to which the minimum cell capacity belongs may be selected, and a section reference value corresponding to the selected SOC section may be determined as the balancing reference value.
  • the main control circuit may classify an entire range of the cell capacity into the plurality of SOC intervals based on a point at which a ratio of cell voltage to cell capacity is changed, and set the interval reference value based on the ratio.
  • the main control circuit calculates a difference between the cell capacity and the minimum cell capacity for each of the plurality of battery cells, and determines that cell balancing is required for a battery cell in which the difference exceeds the balancing reference value.
  • a battery system includes a plurality of switches and a plurality of resistors, controls a switching operation according to a corresponding switching signal among at least one switching signal supplied from the cell monitoring IC, and controls the cell of the battery cell.
  • a cell balancing circuit that performs balancing, wherein the cell monitoring IC selects a battery cell determined to be a target of cell balancing among a plurality of battery cells according to a cell balancing control signal transmitted from the main control circuit. discharge through
  • the main control circuit calculates a balancing time based on a cell capacity of a battery cell determined to be a cell balancing target, a difference value between the cell capacity and the minimum cell capacity, and a cell voltage value, and for the balancing time
  • the cell balancing control signal including information may be transferred to the cell monitoring IC.
  • a cell balancing method includes determining a balancing reference value based on a minimum cell capacity among cell capacities of each of a plurality of battery cells, the cell capacity of each of the plurality of battery cells and the minimum cell capacity Calculating a difference value of and determining the need for cell balancing for each of a plurality of battery cells by comparing the difference value with the balancing reference value. As a result of the determination, if cell balancing is required for at least one battery cell, the and performing cell balancing on battery cells determined to be targets of cell balancing.
  • the determining of the balancing reference value may include estimating a cell capacity of each of the plurality of battery cells based on a cell voltage of each of the plurality of battery cells, and extracting a minimum cell capacity among cell capacities of each of the plurality of battery cells selecting an SOC interval to which the minimum cell capacity belongs among a plurality of SOC intervals configured by classifying all cell capacity intervals according to a predetermined criterion, and setting an interval reference value corresponding to the selected SOC interval to the balancing reference value. It may include the step of determining as.
  • the plurality of SOC sections are configured by classifying all sections of the cell capacity based on a point at which the ratio of cell voltage to cell capacity is changed, and the section reference value corresponds to the cell capacity corresponding to the plurality of SOC sections. It can be set based on the ratio of cell voltage to
  • the performing of the cell balancing may include calculating a balancing time based on a cell capacity of a battery cell determined to be a target of cell balancing, a difference between the cell capacity and the minimum cell capacity, and a cell voltage value, and the balancing During the time period, cell balancing of corresponding battery cells may be performed.
  • a battery cell having the difference value exceeding the balancing reference value may be determined as a cell balancing target.
  • the need for cell balancing is determined according to a reference value corresponding to a cell capacity, thereby increasing the accuracy of cell balancing.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery system providing a cell balancing method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a graph for explaining a reference value determined corresponding to a cell capacity according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a cell balancing method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating in detail the balancing reference value determining step ( S100 ) of FIG. 3 .
  • 1 is a diagram illustrating a battery system providing a cell balancing method according to an exemplary embodiment.
  • 2 is an exemplary diagram of a graph for explaining a reference value determined corresponding to a cell capacity according to an exemplary embodiment.
  • the battery system 1 includes a battery 2 , a BMS 3 , a relay 11 , and a current sensor 12 .
  • the battery 2 includes a plurality of battery cells connected in series/parallel to supply necessary power to an external device.
  • a battery 2 includes a plurality of battery cells Cell1-Celln connected in series, and is connected between two output terminals OUT1 and OUT2 of the battery system 1 .
  • a relay 11 is connected between the positive electrode of the battery system 1 and the output terminal OUT1
  • a current sensor 12 is connected between the negative electrode of the battery system 1 and the output terminal OUT2.
  • the relay 11 controls electrical connection between the battery system 1 and an external device. When the relay 11 is turned on, the battery system 1 and an external device are electrically connected to charge or discharge. When the relay 11 is off, the battery system 1 and an external device are electrically separated.
  • the external device may be a load or a charger.
  • the current sensor 12 is connected in series to a current path between the battery 2 and an external device.
  • the current sensor 12 may measure the current flowing in the battery 2, that is, the charging current and the discharging current, and deliver the measurement result to the BMS 3.
  • the BMS 3 includes a cell balancing circuit 10, a cell monitoring IC 20, and a main control circuit 30.
  • the cell balancing circuit 10 includes a plurality of switches SW1 - SWn and a plurality of resistors R1 - Rn. Each of the plurality of switches SW1 to SWn performs a switching operation according to a corresponding switching signal among a plurality of switching signals SC[1] to SC[n] supplied from the cell monitoring IC 20 .
  • a corresponding switch (SWi) and a resistor (Ri) are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the corresponding cell (Celli).
  • the switch SWi When the switch SWi is turned on, a discharge path is formed between the corresponding cell Celli, the switch SWi, and the resistor Ri, and the corresponding cell Celli discharges.
  • i is one of natural numbers from 1 to n.
  • the cell monitoring IC 20 is electrically connected to an anode and a cathode of each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln) to measure the cell voltage.
  • a value of current (hereinafter, referred to as battery current) measured by the current sensor 12 may be transmitted to the cell monitoring IC 20 .
  • the cell monitoring IC 20 transfers information about the measured cell voltage and battery current to the main control circuit 30 . Specifically, the cell monitoring IC 20 measures the cell voltage of each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln) at predetermined cycles during a rest period when charging and discharging does not occur, and outputs the measured result to the main control circuit ( 30) forwarded.
  • the cell monitoring IC 20 may discharge cells to be balanced among the plurality of battery cells Cell1-Celln through the cell balancing circuit 10 according to the cell balancing control signal transmitted from the main control circuit 30 .
  • the cell monitoring IC 20 may generate a plurality of switching signals SC[1] to SC[n] according to the cell balancing control signal of the main control circuit 30 .
  • Each of the switching signals SC[1] to SC[n] may control the switching operation of the corresponding switch SWi.
  • the switch SWi When the on-level switching signal SC[i] is supplied to the corresponding switch SWi, the switch SWi is turned on and the corresponding cell Celli is discharged.
  • the main control circuit 30 determines the balancing reference value based on the minimum cell capacity (min SOC) among the cell capacities (Csoc) of each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln).
  • the balancing reference value may be a reference value for determining (determining) a target of cell balancing among the plurality of battery cells (Cell1-Celln).
  • the main control circuit 30 classifies the entire range of the cell capacity Csoc into a plurality of SOC intervals according to a predetermined criterion, and sets a range reference value, which is a starting condition for cell balancing, to a predetermined criterion for each of the plurality of SOC intervals. can be set according to In addition, the main control circuit 30 may select an SOC section to which the minimum cell capacity (min SOC) belongs among a plurality of SOC sections, and determine a section reference value corresponding to the selected SOC section as a balancing reference value.
  • min SOC minimum cell capacity
  • the main control circuit 30 may divide the entire cell capacity range from 0% to 100% into a plurality of SOC intervals A, B, and C according to a predetermined standard. For example, in FIG. 2 , the main control circuit 30 controls the entire cell capacity range (0% to 100%) according to the slope value of the SOC-Voltage Correlation Graph (S-VCG). It can be divided into 1 SOC section (0% or more and less than 16%), 2nd SOC section (16% or more and less than 51%), and 3rd SOC section (51% or more and 100% or less).
  • S-VCG SOC-Voltage Correlation Graph
  • the capacity-voltage relationship graph (S-VCG) is a graph in which cell voltage values corresponding to cell capacities (Csoc) are displayed.
  • the main control circuit 30 divides the entire range of the cell capacity Csoc based on the point at which the ratio of the cell voltage to the cell capacity Csoc is changed into a plurality of SOC sections A, B, and C. ) can be divided into A point at which the ratio of the cell voltage to the cell capacity Csoc is changed may be a point at which a slope value is changed in the capacitance-voltage relationship graph S-VCG.
  • the slope of the graph changes based on the cell capacity (Csoc) value of about 16%, and the slope of the graph changes again based on about 51%.
  • the cell voltage change amount (ie, graph slope) is large, compared to this in the second SOC period (16% or more). % or more and less than 51%), the cell voltage change amount (ie, graph slope) is small.
  • the interval reference value may be a condition for determining battery cells requiring cell balancing or a starting condition (reference value) for performing cell balancing. That is, it may be a condition for determining whether cell balancing of battery cells is required in each of a plurality of SOC sections.
  • the balancing reference value may be an interval reference value corresponding to a selected SOC interval among a plurality of SOC intervals.
  • the interval reference value of each of the first SOC interval (A) and the third SOC interval (C) may be 1.5%, and the interval reference value of the second SOC interval (B) may be 3%.
  • a section reference value (3%) of the second SOC section (B) may be determined as a balancing reference value.
  • the main control circuit 30 determines the need for cell balancing for each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln) according to a method to be described below, and as a result of the determination, a battery cell requiring cell balancing (hereinafter, a target for cell balancing) If at least one exists, cell balancing may be performed. More detailed description will be described in detail with FIGS. 3 and 4 below.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a cell balancing method according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating the balancing reference value determining step ( S100 ) of FIG. 3 in detail.
  • FIGS. 1 to 4 a cell balancing method and a battery system providing the method will be described with reference to FIGS. 1 to 4 .
  • the main control circuit 30 determines a balancing reference value, which is a starting condition for cell balancing (S100).
  • the balancing reference value may be a starting condition (reference value) for determining whether cell balancing is required for each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln).
  • the main control circuit 30 may determine a balancing reference value corresponding to the cell capacities Csoc of the plurality of battery cells Cell1 to Celln, rather than a fixed balancing reference value.
  • step S100 the main control circuit 30 determines the cell capacity (SOC) for each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln) based on at least one of a cell voltage and a battery current for each balancing period. , Charge of Charge) is estimated (S110).
  • the balancing period may be a predetermined time as a period for performing cell balancing, but is not limited thereto.
  • the balancing period may include a rest period in which the battery 2 is not charged and discharged.
  • the main control circuit 30 estimates the cell capacity (hereinafter referred to as Csoc) of each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln) by various known methods for each predetermined balancing period or each idle period can do.
  • step S100 the main control circuit 30 extracts the minimum cell capacity min SOC among the cell capacities Csoc for each of the plurality of battery cells Cell1-Celln (S130).
  • step S100 the main control circuit 30 selects an SOC section to which the minimum cell capacity (min SOC) belongs among a plurality of SOC sections configured by classifying all sections of cell capacity according to a predetermined criterion (S150).
  • step S100 the main control circuit 30 determines a section reference value corresponding to the selected SOC section as a balancing reference value (S170).
  • the battery 2 includes first to fourth battery cells Cell1 to Cell4, and the first to fourth cell capacities C soc_1 for the first to fourth battery cells Cell1 to Cell4, respectively.
  • C soc_2 , C soc_3 , C soc_4 ) are 26%, 29%, 30%, and 31%.
  • the interval reference value corresponding to the first SOC interval (A) and the third SOC interval (C) is 1.5%
  • the interval reference value corresponding to the second SOC interval (B) is 3%.
  • the main control circuit 30 extracts the first cell capacity C soc_1 , which is the minimum value among the first to fourth cell capacities C soc_1 , C soc_2 , C soc_3 , and C soc_4 , as the minimum cell capacity min SOC.
  • the main control circuit 30 controls the second SOC period (B) to which the first cell capacity (C soc_1 ) value (26%) belongs among the first to third SOC periods (A, B, and C).
  • Choose The main control circuit 30 may determine a section reference value (3%) corresponding to the second SOC section (B) as a balancing reference value.
  • the main control circuit 30 determines the necessity of cell balancing for each of the plurality of battery cells (Cell1-Celln) (S200).
  • the main control circuit 30 calculates a difference between the cell capacity of each of the plurality of battery cells Cell1-Celln and the minimum cell capacity min SOC.
  • the main control circuit 30 may determine a battery cell having a difference value exceeding a balancing reference value as a cell balancing target.
  • the first to fourth battery cells (C soc_1 , C soc_2 , C soc_3 , C soc_4 ) are 26%, 29%, 30%, and 31%
  • the first to fourth battery cells (Cell1-Cell4)
  • Each difference value is 0%, 3%, 4%, and 5%.
  • the main control circuit 30 may determine the second to fourth battery cells (Cell2-Cell4) whose difference exceeds the balancing reference value (3%) as the cell balancing target.
  • the balancing reference value (3%) is the balancing reference value determined in step S100.
  • the main control circuit 30 performs cell balancing on the battery cells determined to be subject to cell balancing (S300).
  • step S300 the main control circuit 30 calculates the balancing time T B based on the cell capacity of the battery cell determined to be the target of cell balancing, the difference between the cell capacity and the minimum cell capacity, and the cell voltage value do.
  • the balancing time T B is a time required to perform cell balancing of battery cells.
  • the balancing time (T B ) can be calculated by the following equations (1) and (2).
  • the main control circuit 30 may calculate the balancing current (I B ) value according to Equation (1) below, and calculate the balancing time (T B ) according to Equation (2) below.
  • the main control circuit 30 may calculate the balancing current (I B ) value based on the cell voltage (V C ) value and the balancing resistance (R B ) value.
  • a cell voltage (V C ) may correspond to a cell voltage of each of a plurality of battery cells (Cell1-Celln)
  • a balancing resistor (R B ) may correspond to each of a plurality of resistors (R1-Rn). there is. That is, when the cell voltage values of the plurality of battery cells (Cell1-Celln) are different, the respective balancing current (I B ) values may also be different.
  • the main control circuit 30 may calculate the balancing time T B based on the cell capacity Csoc value, the balancing current I B value, and the capacity reduction amount Dsoc.
  • the cell capacity Csoc may correspond to the cell capacity of each of the plurality of battery cells Cell1-Celln.
  • the balancing current (I B ) value may be the balancing current (I B ) value calculated by Equation (1) above.
  • the capacity reduction amount Dsoc may be a difference between the cell capacity of each of the plurality of battery cells Cell1-Celln and the minimum cell capacity min SOC. That is, the capacity reduction amount Dsoc may correspond to a capacity value discharged from a battery cell during a cell balancing process.
  • step S300 the main control circuit 30 transmits a cell balancing control signal including information about the balancing time T B to the cell monitoring IC 20, thereby performing cell balancing for the battery cells determined to be subject to cell balancing. control to be performed.
  • the main control circuit 30 applies a voltage to each of the second to fourth battery cells Cell2-Cell4.
  • a balancing time (T B ) can be calculated for The main control circuit 30 may control the cell monitoring IC 20 to perform cell balancing according to a balancing time T B corresponding to each of the second to fourth battery cells Cell2 to Cell4 .
  • the cell monitoring IC 20 uses the cell balancing circuit 10 for battery cells determined to be subject to cell balancing among a plurality of battery cells Cell1-Celln according to a cell balancing control signal transmitted from the main control circuit 30.
  • Cell balancing can be performed by discharging through the
  • the main control circuit 30 counts the next balancing cycle.
  • the main control circuit 30 may repeat from step S100 when the balancing period arrives (S400).
  • the main control circuit 30 may newly determine a balancing reference value whenever determining whether to perform cell balancing. For example, the main control circuit 30 determines a balancing reference value for each preset period or for each idle period of the battery 2 (for example, a period in which charging and discharging is not performed), and determines the cell based on the determined balancing reference value. Balancing can be determined.

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Abstract

본 발명은, 셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 그리고 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC, 상기 배터리에 흐르는 배터리 전류를 측정하는 전류센서, 그리고 상기 셀 전압 및 상기 배터리 전류에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량을 추정하고, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량 중 최소 셀 용량을 추출하며, 상기 최소 셀 용량에 대응하는 밸런싱 기준값을 결정하고, 상기 밸런싱 기준값에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대한 셀 밸런싱의 필요성을 판단하는 메인 제어 회로를 포함한다.

Description

셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 12월 03일자 한국 특허 출원 제10-2021-0171884호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은, 셀 용량(Cell SOC, Charge of Charge) 별 맞춤형 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차(Electric Vehicle: EV), 및 하이브리드 자동차(Hybrid Vehicle: HV)는 모터를 구동하는 에너지 공급원으로 배터리 팩을 사용한다. 이때, 배터리 팩은, 복수의 직렬 및/또는 병렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
배터리 팩을 오래기간 사용하면, 복수의 배터리 셀 각각의 노화도 및 내부저항 값들이 달라지고, 복수의 배터리 셀 간 셀 편차가 발생할 수 있다. 이때, 셀 편차는 셀 용량(SOC, State of Charge)의 편차 및 셀 전압의 편차를 지시할 수 있다. 셀 편차가 증가할 수록 과충전 또는 과방전이 발생할 수 있고, 그로 인해 배터리 팩 전체의 용량을 감소하고, 수명이 단축되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한, 문제를 해결하기 위해, 배터리 시스템은 셀 편차를 줄이는 셀 밸런싱을 수행하고 있다. 배터리 시스템은, 개방 회로 전압(OCV, Open Circuit Voltage) 값에 기초하여 셀 밸런싱 전류 값을 계산하고, 밸렁싱 전류 값에 기초하여 계산되는 밸런싱 시간 동안 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
한편, 셀 용량에 따라 셀 전압의 변화 폭이 다를 수 있다. 예를 들어, 셀 용량이 매우 작거나 또는 셀 용량이 매우 큰 배터리 셀의 경우, 셀 용량 변화에 따른 셀 전압 값의 변화가 클 수 있다. 즉, 셀 밸런싱이 수행되는 과정에서, 셀 용량이 큰(또는 작은) 배터리 셀의 경우 셀 전압이 크게 낮아지면서, 밸런싱 전류 값도 낮아질 수 있다. 그러면, 셀 용량이 큰(또는 작은) 배터리 셀은, 기 설정된 밸런싱 시간 동안 충분한 셀 밸런싱이 수행되지 못할 수 있다.
본 발명은, 배터리 셀의 셀 용량(SOC, Charge of Charge)에 따라 최적의 셀 밸런싱을 수행하여 셀 편차를 줄이는 셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC, 상기 배터리에 흐르는 배터리 전류를 측정하는 전류센서, 그리고 상기 셀 전압 및 상기 배터리 전류에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량을 추정하고, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량 중 최소 셀 용량을 추출하며, 상기 최소 셀 용량에 대응하는 밸런싱 기준값을 결정하고, 상기 밸런싱 기준값에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대한 셀 밸런싱의 필요성을 판단하는 메인 제어 회로를 포함한다.
상기 메인 제어 회로는, 셀 용량의 전체 구간을 소정의 기준에 따라 복수의 SOC 구간으로 분류하고, 상기 복수의 SOC 구간 각각에 대해 셀 밸런싱의 시작 조건인 구간 기준값을 소정의 기준에 따라 설정하며, 상기 복수의 SOC 구간 중 상기 최소 셀 용량이 속하는 SOC 구간을 선택하고, 상기 선택한 SOC 구간에 대응하는 구간 기준값을 상기 밸런싱 기준값으로 결정할 수 있다.
상기 메인 제어 회로는, 셀 용량에 대한 셀 전압의 비율이 변경되는 지점을 기준으로 상기 셀 용량의 전체 구간을 상기 복수의 SOC 구간으로 분류하고, 상기 비율에 기초하여 상기 구간 기준값을 설정할 수 있다.
상기 메인 제어 회로는, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대해 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값을 계산하고, 상기 차이값이 상기 밸런싱 기준값을 초과하는 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱이 필요하다고 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 스위치 및 복수의 저항을 포함하고, 상기 셀 모니터링 IC로부터 공급되는 적어도 하나 이상의 스위칭 신호 중 대응하는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작을 제어하여 배터리 셀의 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로를 더 포함하고, 상기 셀 모니터링 IC는, 상기 메인 제어 회로로부터 전송되는 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 배터리 셀 중 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀을 상기 셀 밸런싱 회로를 통해 방전시킨다.
상기 메인 제어 회로는, 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀의 셀 용량, 상기 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값, 및 셀 전압 값에 기초하여 밸런싱 시간을 계산하고, 상기 밸런싱 시간에 대한 정보를 포함하는 상기 셀 밸런싱 제어신호를 상기 셀 모니터링 IC에 전달할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 셀 밸런싱 방법은, 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량 중 최소 셀 용량에 기초하여 밸런싱 기준값을 결정하는 단계, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값을 계산하고, 상기 차이값과 상기 밸런싱 기준값을 비교하여 복수의 배터리 셀 각각에 대해 셀 밸런싱의 필요성을 판단하는 단계, 상기 판단결과 적어도 하나 이상의 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱이 필요하면, 상기 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 밸런싱 기준값을 결정하는 단계는, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량을 추정하는 단계, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량 중 최소 셀 용량을 추출하는 단계, 셀 용량의 전체 구간이 소정의 기준에 따라 분류되어 구성되는 복수의 SOC 구간 중 상기 최소 셀 용량이 속하는 SOC 구간을 선택하는 단계, 그리고 상기 선택한 SOC 구간에 대응하는 구간 기준값을 상기 밸런싱 기준값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 SOC 구간은, 셀 용량에 대한 셀 전압의 비율이 변경되는 지점을 기준으로 상기 셀 용량의 전체 구간을 분류하여 구성되고, 상기 구간 기준값은, 상기 복수의 SOC 구간에 대응하는 셀 용량에 대한 셀 전압의 비율에 기초하여 설정될 수 있다.
상기 셀 밸런싱을 수행하는 단계는, 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀의 셀 용량, 상기 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값, 및 셀 전압 값에 기초하여 밸런싱 시간을 계산하고, 상기 밸런싱 시간 동안 대응하는 배터리 셀의 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
상기 셀 밸런싱의 필요성을 판단하는 단계는, 상기 차이값이 상기 밸런싱 기준값을 초과하는 배터리 셀을 셀 밸런싱 대상으로 판단할 수 있다.
본 발명은, 셀 용량에 대응하는 기준값에 따라 셀 밸런싱의 필요성을 판단함으로써, 셀 밸런싱의 정밀도를 높일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법을 제공하는 배터리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라 셀 용량에 대응하여 결정되는 기준값을 설명하기 위한 그래프의 일 예시도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 셀 밸런싱 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 밸런싱 기준값 결정 단계(S100)를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법을 제공하는 배터리 시스템을 나타내는 도면이고. 도 2는 일 실시예에 따라 셀 용량에 대응하여 결정되는 기준값을 설명하기 위한 그래프의 일 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(1)은 배터리(2), BMS(3), 릴레이(11), 그리고 전류 센서(12)를 포함한다.
배터리(2)는 직렬/병렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여, 외부장치에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 도 1에서, 배터리(2)는 직렬 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)을 포함하고, 배터리 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 연결되어 있다. 또한, 배터리 시스템(1)의 양극과 출력단(OUT1) 사이에 릴레이(11)가 연결되어 있고, 배터리 시스템(1)의 음극과 출력단(OUT2) 사이에 전류 센서(12)가 연결되어 있다. 도 1에 도시된 구성들 및 구성들 간의 연결 관계는 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
릴레이(11)는 배터리 시스템(1)과 외부 장치 간의 전기적 연결을 제어한다. 릴레이(11)가 온 되면, 배터리 시스템(1)과 외부 장치가 전기적으로 연결되어 충전 또는 방전이 수행된다. 릴레이(11)가 오프 되면, 배터리 시스템(1)과 외부 장치가 전기적으로 분리된다. 외부 장치는 부하 또는 충전기일 수 있다.
전류 센서(12)는 배터리(2)와 외부 장치간 전류 경로에 직렬 연결되어 있다. 전류 센서(12)는 배터리(2)에 흐르는 전류 즉, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하고, 측정 결과를 BMS(3)에 전달할 수 있다.
BMS(3)는 셀 밸런싱 회로(10), 셀 모니터링 IC(20), 그리고 메인 제어 회로(30)를 포함한다.
셀 밸런싱 회로(10)는 복수의 스위치(SW1-SWn) 및 복수의 저항(R1-Rn)을 포함한다. 복수의 스위치(SW1-SWn) 각각은 셀 모니터링 IC(20)로부터 공급되는 복수의 스위칭 신호(SC[1]-SC[n]) 중 대응하는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작한다. 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해서, 대응하는 스위치(SWi) 및 저항(Ri)은 해당 셀(Celli)의 양극과 음극 사이에 직렬 연결되어 있다. 스위치(SWi)가 턴 온 되면, 해당 셀(Celli), 스위치(SWi), 및 저항(Ri) 사이에 방전 경로가 형성되고, 해당 셀(Celli)이 방전한다. 이 때, i는 1부터 n까지의 자연수 중 하나이다.
셀 모니터링 IC(20)는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 양극 및 음극에 전기적으로 연결되어, 셀 전압을 측정한다. 전류 센서(12)에 의해 측정된 전류(이하, 배터리 전류라 함) 값은 셀 모니터링 IC(20)로 전달될 수 있다. 셀 모니터링 IC(20)는 측정된 셀 전압 및 배터리 전류에 대한 정보를 메인 제어 회로(30)에 전달한다. 구체적으로, 셀 모니터링 IC(20)는 충방전이 발생하지 않는 휴식(rest) 기간에 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압을 소정 주기 마다 측정하고, 측정한 결과를 메인 제어 회로(30)에 전달한다.
셀 모니터링 IC(20)는 메인 제어 회로(30)로부터 전송되는 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 중 셀 밸런싱 대상 셀을 셀 밸런싱 회로(10)를 통해 방전시킬 수 있다. 예를 들어, 셀 모니터링 IC(20)는 메인 제어 회로(30)의 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 스위칭 신호(SC[1]~SC[n])를 생성할 수 있다. 스위칭 신호(SC[1]~SC[n]) 각각은 대응하는 스위치(SWi)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 온 레벨의 스위칭 신호(SC[i])가 대응하는 스위치(SWi)에 공급되면, 스위치(SWi)가 턴 온 되어 해당 셀(Celli)이 방전한다.
메인 제어 회로(30)는, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 용량(Csoc) 중 최소 셀 용량(min SOC)에 기초하여 밸런싱 기준값을 결정한다. 이때, 밸런싱 기준값은, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 중 셀 밸런싱의 대상을 결정(판단)하는 기준값일 수 있다.
메인 제어 회로(30)는, 셀 용량(Csoc)의 전체 구간을 소정의 기준에 따라 복수의 SOC 구간으로 분류하고, 복수의 SOC 구간 각각에 대해 셀 밸런싱의 시작 조건인 구간 기준값을 소정의 기준에 따라 설정할 수 있다. 또한, 메인 제어 회로(30)는, 복수의 SOC 구간 중 최소 셀 용량(min SOC)이 속하는 SOC 구간을 선택하고, 선택한 SOC 구간에 대응하는 구간 기준값을 밸런싱 기준값으로 결정할 수 있다.
도 2를 참고하면, 메인 제어 회로(30)는 셀 용량 전체 구간인 0%부터 100%까지의 구간을 소정의 기준에 따라 복수의 SOC구간(A, B, C)으로 나눌 수 있다. 예를 들어, 도 2에서, 메인 제어 회로(30)는 용량-전압 관계 그래프(SOC-Voltage Correlation Graph, 이하 S-VCG)의 기울기 값에 따라 셀 용량 전체 구간(0%부터 100%)을 제1 SOC구간(0% 이상 16% 미만), 제2 SOC구간(16% 이상 51% 미만), 그리고 제3 SOC구간(51%이상 100% 이하)으로 나눌 수 있다. 용량-전압 관계 그래프(S-VCG)는 셀 용량(Csoc)에 대응하는 셀 전압(Cell Voltage) 값이 표시된 그래프이다.
일 실시예에 따라, 메인 제어 회로(30)는 셀 용량(Csoc)에 대한 셀 전압의 비율이 변경되는 지점을 기준으로 셀 용량(Csoc)의 전체 구간을 복수의 SOC구간(A, B, C)으로 나눌 수 있다. 셀 용량(Csoc)에 대한 셀 전압의 비율이 변경되는 지점은, 용량-전압 관계 그래프(S-VCG)에서 기울기 값이 변경되는 지점일 수 있다.
도 2에서, 셀 용량(Csoc) 값 약 16%를 기준으로 그래프의 기울기가 변하고, 약 51%를 기준으로 다시 그래프의 기울기가 변한다. 구체적으로, 제1 SOC구간(0% 이상 16% 미만) 및 제3 SOC구간(51%이상 100% 이하)에서는 셀 전압 변화량(즉, 그래프 기울기)이 크고, 이와 비교하여 제2 SOC구간(16% 이상 51% 미만)에서는 셀 전압 변화량(즉, 그래프 기울기)이 작다.
구간 기준값은, 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 결정하는 조건, 또는 셀 밸런싱을 수행하기 위한 시작 조건(기준값)일 수 있다. 즉, 복수의 SOC 구간 각각에서, 배터리 셀의 셀 밸런싱의 수행이 필요한지 판단하는 조건일 수 있다. 밸런싱 기준값은, 복수의 SOC 구간 중 선택된 SOC 구간에 대응하는 구간 기준값일 수 있다.
도 3에서, 예를 들어, 제1 SOC구간(A) 및 제3 SOC구간(C) 각각의 구간 기준값은 1.5%이고, 제2 SOC구간(B)의 구간 기준값은 3%일 수 있다. 또한, 이하 설명할 방법에 따라, 제2 SOC구간(B)이 선택되는 경우, 제2 SOC구간(B)의 구간 기준값(3%)가 밸런싱 기준값으로 결정될 수 있다.
메인 제어 회로(30)는, 이하 설명할 방법에 따라 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해 셀 밸런싱의 필요성을 판단하고, 판단결과 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀(이하, 셀 밸런싱 대상)이 적어도 하나 이상 존재하면, 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 보다 상세한 설명은 이하 도 3 및 도 4와 함께 상세하게 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따라 셀 밸런싱 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 4는 도 3의 밸런싱 기준값 결정 단계(S100)를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
이하 도 1 내지 도 4를 참고하여, 셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템을 설명한다.
도 3을 참고하면, 우선, 메인 제어 회로(30)는 셀 밸런싱의 시작 조건인 밸런싱 기준값을 결정한다(S100).
밸런싱 기준값은, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해 셀 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 시작 조건(기준값)일 수 있다. 일 실시예에 따라, 메인 제어 회로(30)는 고정된 밸런싱 기준값이 아니라, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)의 셀 용량(Csoc)에 대응하는 밸런싱 기준값을 결정할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, S100단계에서, 메인 제어 회로(30)는 밸런싱 주기마다 셀 전압 및 배터리 전류 중 적어도 하나에 기초하여 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각에 대한 셀 용량(SOC, Charge of Charge)을 추정한다(S110).
밸런싱 주기는, 셀 밸런싱을 수행하는 주기로 기 설정된 시간일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 밸런싱 주기는, 배터리(2)가 충전 및 방전하지 않는 휴지기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인 제어 회로(30)는 기 설정된 밸런싱 주기마다, 또는 휴지기마다 기존에 알려진 다양한 방법으로 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각에 대한 셀 용량(이하, Csoc로 표시함)을 추정할 수 있다.
S100단계에서, 메인 제어 회로(30)는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각에 대한 셀 용량(Csoc) 중 최소 셀 용량(min SOC)을 추출한다(S130).
S100단계에서, 메인 제어 회로(30)는 셀 용량의 전체 구간이 소정의 기준에 따라 분류되어 구성되는 복수의 SOC 구간 중 최소 셀 용량(min SOC)이 속하는 SOC 구간을 선택한다(S150)
S100단계에서, 메인 제어 회로(30)는 선택한 SOC 구간에 대응하는 구간 기준값을 밸런싱 기준값으로 결정한다(S170)
예를 들어, 배터리(2)는 제1 내지 제4 배터리 셀(Cell1-Cell4)을 포함하고, 제1 내지 제4 배터리 셀(Cell1-Cell4) 각각에 대한 제1 내지 제4 셀 용량(Csoc_1, Csoc_2, Csoc_3, Csoc_4)은 26%, 29%, 30%, 31% 라고 가정하자. 또한, 도 2에서, 제1 SOC구간(A) 및 제3 SOC구간(C)에 대응하는 구간 기준값은 1.5%이고, 제2 SOC구간(B)에 대응하는 구간 기준값은 3%라고 가정하자. 메인 제어 회로(30)는 제1 내지 제4 셀 용량(Csoc_1, Csoc_2, Csoc_3, Csoc_4) 중 최소값인 제1 셀 용량(Csoc_1)을 최소 셀 용량(min SOC)으로 추출한다. 도 2를 참고하면, 메인 제어 회로(30)는 제1 내지 제3 SOC구간(A, B, C) 중 제1 셀 용량(Csoc_1) 값(26%)이 속하는 제2 SOC구간(B)을 선택한다. 메인 제어 회로(30)는 제2 SOC구간(B)에 대응하는 구간 기준값(3%)을 밸런싱 기준값으로 결정할 수 있다.
다음으로, 메인 제어 회로(30)는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해 셀 밸런싱의 필요성을 판단한다(S200).
메인 제어 회로(30)는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 용량과 최소 셀 용량(min SOC)과의 차이값을 계산한다. 메인 제어 회로(30)는 차이값이 밸런싱 기준값을 초과하는 배터리 셀을 셀 밸런싱 대상으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제4 셀 용량(Csoc_1, Csoc_2, Csoc_3, Csoc_4)인 26%, 29%, 30%, 31% 경우, 제1 내지 제4 배터리 셀(Cell1-Cell4) 각각의 차이값은 0%, 3%, 4%, 5%이다. 메인 제어 회로(30)는 차이값이 밸런싱 기준값(3%)를 초과하는 제2 내지 제4 배터리 셀(Cell2-Cell4)을 셀 밸런싱 대상으로 판단할 수 있다. 이때, 밸런싱 기준값(3%)은 S100단계에서 결정한 밸런싱 기준값이다.
다음으로, 판단결과 셀 밸런싱이 필요하면(S200, Yes), 메인 제어 회로(30)는 셀 밸런싱 대상으로 판단된 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱을 수행한다(S300).
S300단계에서, 메인 제어 회로(30)는 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀의 셀 용량, 셀 용량과 최소 셀 용량과의 차이값, 및 셀 전압 값에 기초하여 밸런싱 시간(TB)을 계산한다.
밸런싱 시간(TB)은, 배터리 셀의 셀 밸런싱을 수행하는 데 필요한 시간이다. 밸런싱 시간(TB)은 하기 식(1) 및 식(2)에 의해 계산될 수 있다. 예를 들어, 메인 제어 회로(30)는 하기 식(1)에 따라, 밸런싱 전류(IB) 값을 계산하고, 하기 식(2)에 따라 밸런싱 시간(TB)을 계산할 수 있다.
Figure PCTKR2022015106-appb-img-000001
상기 식(1)에 따라, 메인 제어 회로(30)는 셀 전압(VC) 값 및 밸런싱 저항(RB) 값에 기초하여 밸런싱 전류(IB) 값을 계산할 수 있다. 도 1을 참고하면, 셀 전압(VC)은 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압에 대응할 수 있고, 밸런싱 저항(RB)은 복수의 저항(R1-Rn) 각각에 대응할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압 값이 상이하면, 각각의 밸런싱 전류(IB) 값도 상이할 수 있다.
Figure PCTKR2022015106-appb-img-000002
상기 식(2)에 따라, 메인 제어 회로(30)는 셀 용량(Csoc) 값, 밸런싱 전류(IB) 값, 및 용량 감소량(Dsoc)에 기초하여 밸런싱 시간(TB)을 계산할 수 있다. 셀 용량(Csoc)은, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 용량에 대응할 수 있다. 밸런싱 전류(IB) 값은 상기 식(1)에 의해 계산된 밸런싱 전류(IB) 값 일 수 있다. 용량 감소량(Dsoc)은, 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 용량과 최소 셀 용량(min SOC)과 차이값일 수 있다. 즉, 용량 감소량(Dsoc)은, 셀 밸런싱 과정에서 배터리 셀이 방전하는 용량 값에 대응할 수 있다.
S300단계에서, 메인 제어 회로(30)는 밸런싱 시간(TB)에 대한 정보를 포함하는 셀 밸런싱 제어신호를 셀 모니터링 IC(20)에 전달하여, 셀 밸런싱 대상으로 판단된 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱을 수행되도록 제어한다.
예를 들어, 앞서 검토한 대로 제2 내지 제4 배터리 셀(Cell2-Cell4)이 셀 밸런싱 대상으로 판단된 경우, 메인 제어 회로(30)는 제2 내지 제4 배터리 셀(Cell2-Cell4) 각각에 대한 밸런싱 시간(TB)을 계산할 수 있다. 메인 제어 회로(30)는 제2 내지 제4 배터리 셀(Cell2-Cell4) 각각에 대응하는 밸런싱 시간(TB)에 따라 셀 밸런싱이 수행되도록 셀 모니터링 IC(20)를 제어할 수 있다.
셀 모니터링 IC(20)는, 메인 제어 회로(30)로부터 전송되는 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln) 중 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀을 셀 밸런싱 회로(10)를 통해 방전시켜 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
다음으로, 판단결과 셀 밸런싱이 필요하지 않거나(S200, No) 또는 셀 밸런싱이 종료하면, 메인 제어 회로(30)는 다음 밸런싱 주기를 카운팅한다. 메인 제어 회로(30)는 밸런싱 주기가 도래하면(S400), S100 단계부터 반복할 수 있다.
일 실시예에 따라, 메인 제어 회로(30)는 셀 밸런싱 수행여부를 판단할 때마다, 밸런싱 기준값을 새로 결정할 수 있다. 예를 들어, 메인 제어 회로(30)는 기 설정된 주기마다, 또는 배터리(2)의 휴지기(예를 들어, 충방전을 수행하지 않는 기간)마다 밸런싱 기준값을 결정하고, 결정한 밸런싱 기준값에 기초하여 셀 밸런싱 수행여부를 판단할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC,
    상기 배터리에 흐르는 배터리 전류를 측정하는 전류센서, 그리고
    상기 셀 전압 및 상기 배터리 전류에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량을 추정하고, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량 중 최소 셀 용량을 추출하며, 상기 최소 셀 용량에 대응하는 밸런싱 기준값을 결정하고, 상기 밸런싱 기준값에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대한 셀 밸런싱의 필요성을 판단하는 메인 제어 회로를 포함하는, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    셀 용량의 전체 구간을 소정의 기준에 따라 복수의 SOC 구간으로 분류하고, 상기 복수의 SOC 구간 각각에 대해 셀 밸런싱의 시작 조건인 구간 기준값을 소정의 기준에 따라 설정하며, 상기 복수의 SOC 구간 중 상기 최소 셀 용량이 속하는 SOC 구간을 선택하고, 상기 선택한 SOC 구간에 대응하는 구간 기준값을 상기 밸런싱 기준값으로 결정하는, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    셀 용량에 대한 셀 전압의 비율이 변경되는 지점을 기준으로 상기 셀 용량의 전체 구간을 상기 복수의 SOC 구간으로 분류하고,
    상기 비율에 기초하여 상기 구간 기준값을 설정하는, 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    상기 복수의 배터리 셀 각각에 대해 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값을 계산하고,
    상기 차이값이 상기 밸런싱 기준값을 초과하는 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱이 필요하다고 판단하는, 배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    복수의 스위치 및 복수의 저항을 포함하고, 상기 셀 모니터링 IC로부터 공급되는 적어도 하나 이상의 스위칭 신호 중 대응하는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작을 제어하여 배터리 셀의 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로를 더 포함하고,
    상기 셀 모니터링 IC는,
    상기 메인 제어 회로로부터 전송되는 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 배터리 셀 중 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀을 상기 셀 밸런싱 회로를 통해 방전시키는, 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는,
    셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀의 셀 용량, 상기 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값, 및 셀 전압 값에 기초하여 밸런싱 시간을 계산하고,
    상기 밸런싱 시간에 대한 정보를 포함하는 상기 셀 밸런싱 제어신호를 상기 셀 모니터링 IC에 전달하는, 배터리 시스템.
  7. 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량 중 최소 셀 용량에 기초하여 밸런싱 기준값을 결정하는 단계,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값을 계산하고, 상기 차이값과 상기 밸런싱 기준값을 비교하여 복수의 배터리 셀 각각에 대해 셀 밸런싱의 필요성을 판단하는 단계,
    상기 판단결과 적어도 하나 이상의 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱이 필요하면, 상기 셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱을 수행하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밸런싱 기준값을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량을 추정하는 단계,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 셀 용량 중 최소 셀 용량을 추출하는 단계,
    셀 용량의 전체 구간이 소정의 기준에 따라 분류되어 구성되는 복수의 SOC 구간 중 상기 최소 셀 용량이 속하는 SOC 구간을 선택하는 단계, 그리고
    상기 선택한 SOC 구간에 대응하는 구간 기준값을 상기 밸런싱 기준값으로 결정하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 SOC 구간은,
    셀 용량에 대한 셀 전압의 비율이 변경되는 지점을 기준으로 상기 셀 용량의 전체 구간을 분류하여 구성되고,
    상기 구간 기준값은,
    상기 복수의 SOC 구간에 대응하는 셀 용량에 대한 셀 전압의 비율에 기초하여 설정되는, 셀 밸런싱 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱을 수행하는 단계는,
    셀 밸런싱의 대상으로 판단된 배터리 셀의 셀 용량, 상기 셀 용량과 상기 최소 셀 용량과의 차이값, 및 셀 전압 값에 기초하여 밸런싱 시간을 계산하고,
    상기 밸런싱 시간 동안 대응하는 배터리 셀의 셀 밸런싱을 수행하는, 셀 밸런싱 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱의 필요성을 판단하는 단계는,
    상기 차이값이 상기 밸런싱 기준값을 초과하는 배터리 셀을 셀 밸런싱 대상으로 판단하는, 셀 밸런싱 방법.
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