KR20150028070A

KR20150028070A - 배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법

Info

Publication number: KR20150028070A
Application number: KR20130106714A
Authority: KR
Inventors: 장호연; 권동근; 안형주
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-03-13

Abstract

본 발명에 따른 배터리 예열 시스템은, 차량의 스타터와 연결되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부; 상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 각각의 충전 상태를 측정하는 배터리 상태 측정부; 상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 참조하여 강제방전 개시신호를 출력하는 제어부; 및 상기 복수의 배터리 모듈 사이 또는 상기 배터리 모듈을 이루는 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 방전 저항을 구비하는 것으로서, 상기 강제방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부 또는 전부를 상기 방전 저항과 연결시켜 강제방전 시키는 예열 회로부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 배터리가 방전되는 과정에서 배터리 자체의 발열뿐만 아니라 방전회로를 구성하는 저항성분의 발열을 함께 이용하여 배터리를 예열하므로 효율적인 예열이 가능하며, 이로써 자동차의 저온 시동성을 크게 개선시킬 수 있다.

Description

배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법{Battery warm up system and Method for warming up the battery using the same}

본 발명은 배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 배터리의 방전에 따른 배터리 자체의 발열 및 방전 회로를 구성하는 저항성분의 발열을 이용한 배터리 예열 시스템 및 이를 이용한 배터리 예열방법에 관한 것이다.

최근의 자동차 산업에 있어서 연비의 향상과 CO₂ 배출 저감은 큰 숙제로 남아 있다. 이에 대해 자동차 업계에서는 기존의 납축전지와 비교하여 더 고출력을 낼 수 있고 충전 효율 역시 더 우수한 리튬이온 이차전지를 이용함으로써 연비의 향상을 꾀하려는 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 리튬이온 이차전지의 경우 기온이 일정온도 이하로 떨어지는 경우 출력 특성이 급격히 나빠지는 단점이 있으며, 이러한 리튬이온 이차전지의 단점은 자동차의 저온 시동성의 개선을 위해 극복해야 할 과제로 남아있다.

본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 기존의 자동차용 전력공급 시스템에 큰 변화를 주지 않으면서도 배터리 자체의 발열 및 방전회로를 구성하는 저항성분의 발열을 이용하여 자동차의 저온 시동성을 크게 개선시키는 것을 일 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 예열 시스템은, 차량의 스타터와 연결되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부; 상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 각각의 충전 상태를 측정하는 배터리 상태 측정부; 상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 참조하여 강제방전 개시신호를 출력하는 제어부; 및 상기 복수의 배터리 모듈 사이 또는 상기 배터리 모듈을 이루는 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 방전 저항을 구비하는 것으로서, 상기 강제방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부 또는 전부를 상기 방전 저항에 연결시켜 강제방전 시키는 예열 회로부를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 방전 개시신호를 출력할 수 있다.

상기 예열 회로부는, 상기 강제방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈을 동시에 또는 설정된 순서에 따라 순차적으로 강제 방전시킬 수 있다.

상기 제어부는, 상기 강제방전에 따라 상기 배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도 이상이 되거나, 상기 배터리 모듈의 충전 상태가 기준 값 미만이 되는 경우 강제방전 종료신호를 출력할 수 있다.

상기 제2 기준 온도는, 상기 제1 기준 온도보다 큰 값을 가질 수 있다.

상기 밸런싱 회로부는 상기 강제방전 개시신호에 따라 일부 배터리 모듈을 강제방전 시키고, 상기 제어부는 상기 강제방전 개시신호에 따른 일부 배터리 모듈에 대한 강제방전으로 인해 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전상태 차이가 제1 기준 편차 이상이 되는 경우 상기 밸런싱 개시신호를 출력할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 밸런싱 개시신호에 따른 충전상태 밸런싱으로 인해 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전상태 차이가 제2 기준 편차 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력할 수 있다.

상기 제2 기준 편차는, 상기 제1 기준 편차보다 작은 값을 가질 수 있다.

상기 밸런싱 회로부는, 상기 강제방전 개시신호 및 상기 밸런싱 개시신호에 따라 스위칭 동작을 수행함으로써 상기 복수의 배터리 모듈이 상기 방전저항과 연결되도록 하는 방전 스위치를 포함할 수 있다.

상기 배터리 상태 측정부는, 상기 배터리 모듈 각각에 연결되어 전압을 측정하는 전압 센서를 포함할 수 있다.

상기 배터리 상태 측정부는, 상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출하는 SOC 산출부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 전력공급 시스템은, 상기 배터리 예열 시스템; 및 상기 배터리 예열 시스템과 연결된 배터리 팩을 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상기 자동차용 전력공급 시스템; 및 상기 배터리 팩으로부터 시동에 필요한 전력을 공급 받는 스타터를 포함한다.

한편, 상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 배터리 예열방법에 의해서도 달성될 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 배터리 예열방법은, 상기 배터리 예열 시스템을 이용하여 상기 배터리 팩을 예열시키는 배터리 예열 방법으로서, (a) 상기 배터리 팩의 온도와 설정된 제1 기준 온도를 비교하는 단계; 및 (b) 상기 배터리 팩의 온도가 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 밸런싱 회로부가 상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 전부와 동시 또는 순차적으로 연결되어 강제방전을 수행하도록 하는 제1 강제방전 개시신호 또는 복수의 배터리 모듈 중 일부와 연결되어 강제 방전을 수행하도록 하는 제2 강제방전 개시신호를 출력하는 단계를 포함한다.

상기 배터리 예열 방법은, (c1) 상기 제1 강제방전 개시신호에 따라 상기 배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도 이상이 되거나 상기 배터리 모듈의 충전상태가 기준 값 미만이 되는 경우 강제방전 종료신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 배터리 예열 방법은, (c2) 상기 제2 강제방전 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전상태 차이가 제1 기준 편차 이상이 되는 경우 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 배터리 예열 방법은, (d) 상기 밸런싱 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태 차이가 제2 기준 편차 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 배터리가 방전되는 과정에서 배터리 자체의 발열뿐만 아니라 방전회로를 구성하는 저항성분의 발열을 함께 이용하여 배터리를 예열하므로 효율적인 예열이 가능하며, 이로써 자동차의 저온 시동성을 크게 개선시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 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 예열 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템과 연결되는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 예열 회로부와 배터리 팩의 연결관계를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 예열 회로부와 배터리 팩이 결합된 형태를 나타내는 회로도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 방전 저항의 설치 위치를 나타내는 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 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.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템과 연결되는 배터리 팩을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 예열 회로부와 배터리 팩의 연결관계를 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 예열 회로부와 배터리 팩이 결합된 형태를 나타내는 회로도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)은 온도 측정부(11), 배터리 상태 측정부(12), 제어부(13) 및 예열 회로부(14)를 포함한다.

상기 온도 측정부(11)는 자동차의 스타터(S)와 연결된 배터리 팩(P)의 온도를 측정하는 것으로서, 배터리 팩(P)의 특정 위치에 부착되어 온도를 센싱한다. 이러한 온도 센싱은, 온도가 일정 온도 미만(예를 들어 0℃ 미만)으로 떨어지는 경우 출력 특성이 나빠지는 리튬이온 이차전지로 이루어진 배터리 팩(P)의 온도를 모니터링 하여 배터리 팩(P)에 대한 예열 개시 시점을 결정할 수 있도록 하기 위해 수행되는 것이다.

한편, 상기 배터리 팩(P)은, 예를 들어 병렬로 연결된 복수의 리튬이온 이차전지 셀(미도시)로 이루어지는 배터리 모듈(M, 도 2 참조)이 직렬로 복수개 연결되어 구현되는 것일 수 있다.

상기 온도 측정부(11)에 의해 센싱된 온도 값에 관한 정보는 제어부(13)에 전달되어 배터리 팩(P)의 충전상태, 즉 SOC(state of charge)를 산출하기 위한 자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 팩(P)의 예열을 위한 강제 방전의 종료 여부를 결정하기 위한 자료로서도 활용될 수 있다.

배터리 상태 측정부(12)는 배터리 팩(P)을 이루는 복수의 배터리 모듈(M, 도 2 참조) 각각의 충전 상태를 측정하는 것으로서, 측정된 충전상태에 관한 정보는 후술할 제어부(13)가 강제방전 종료신호, 밸런싱 개시신호 및 밸런싱 종료신호를 출력할 시점을 결정하는데 이용된다.

상기 배터리 상태 측정부(12)는 배터리 모듈(M) 각각의 전압을 측정하는 전압 센서(미도시)를 포함하는 개념이다. 상기 배터리 상태 측정부(12)에서 측정된 전압 값을 포함하는 정보는 제어부(13)에서 배터리 모듈(M)의 SOC를 산출하기 위한 자료로 활용될 수 있다.

다만, 이러한 SOC의 산출은, 제어부(13)에서 이루어지지 않고 배터리 상태 측정부(12)에서 직접 이루어질 수도 있는 것이다. 이경우, 상기 배터리 상태 측정부(12)는, 전압 센서에 의해 측정된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈(M) 각각의 SOC를 산출하는 SOC 산출부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 SOC 산출부는, SOC의 정확한 산출을 위해서 온도 측정부(11)를 통해 측정된 온도 값에 관한 정보를 추가적으로 더 활용할 수도 있다.

상기 제어부(13)는 배터리 팩(P)의 온도를 참조하여 제1 강제 방전 개시신호를 출력함으로써 리튬이온 이차전지의 출력 성능이 저하될 수 있는 저온 환경에서 배터리 팩(P)이 예열되도록 할 수 있다.

좀 더 구체적으로, 상기 제어부(13)는, 배터리 팩(P)의 온도가 기 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 제1 강제 방전 개시신호를 출력함으로써 복수의 배터리 모듈(M) 각각이 예열 회로부(14)와 연결되어 한꺼번에 또는 미리 설정된 순서에 따라 순차적으로 일정량만큼 방전되도록 한다. 이처럼, 복수의 배터리 모듈(M) 각각에 대해 방전이 진행되는 경우 배터리의 내부 저항에 따른 자체적인 발열로 인해 배터리 팩(P)이 예열될 수 있다.

또한, 상기 제어부(13)는, 제1 강제 방전 개시신호의 출력에 따른 방전에 의해 배터리 팩(P)의 온도가 제2 기준 온도(제1 기준 온도보다 큰 값을 가짐) 이상이 되거나 배터리 모듈(M)의 충전상태가 기준 값 미만이 되는 경우(0이 되는 경우를 포함함) 강제 방전 종료신호를 출력함으로써 예열을 종료시킬 수 있다.

여기서, 상기 배터리 모듈(M)의 충전상태가 기준 값 미만이 된다는 것은 다양한 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, 이는 배터리 상태 측정부(12)에 의해 측정된 배터리 모듈(M) 각각의 SOC 중 최소 SOC가 기준 값 미만이 됨을 의미하는 것일 수도 있고, 각각의 배터리 모듈(M)의 SOC 평균 값이 기준 값 미만이 됨을 의미하는 것일 수도 있다.

한편, 상기 제어부(13)는, 온도 측정부(11)를 통해 측정된 배터리 팩(P)의 온도를 참조하여 앞서 설명한 제1 강제 방전 개시신호와는 다른 종류에 해당하는 제2 강제 방전 개시신호를 출력함으로써 배터리 팩(P)이 예열되도록 할 수도 있다.

즉, 상기 제어부(13)는 예열 조건이 만족되는 경우 제2 강제 방전 개시신호를 출력하여 복수의 배터리 모듈(M) 중 일부가 예열 회로부(14)와 연결되어 방전되도록 함으로써 복수의 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 불균형을 유발할 수 있다. 상기 제어부(13)는 이와 같은 충전상태 불균형이 유발됨에 따라 복수의 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 편차가 미리 설정된 제1 기준 편차 이상이 되면, 밸런싱 개시신호를 출력하여 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 편차를 감소시키게 된다.

또한, 상기 제어부(13)는, 밸런싱 개시신호의 출력에 따라 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 편차가 감소되어 미리 설정된 제2 기준 편차(제1 기준 편차보다 작은 값을 가지며, 0을 포함) 미만이 되면 밸런싱 종료신호를 출력할 수 있다.

여기서, 상기 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전상태 차이가 제1 기준 편차 이상이라는 것은 각각 최대 SOC 및 최소 SOC를 나타내는 배터리 모듈(M) 간의 SOC 차이가 제1 기준 편차 이상인 경우를 의미할 수 있는데, 여기서 제1 기준 편차는 예열을 통해 이루고자 하는 온도 상승의 양을 고려하여 결정될 수 있는 것이다.

마찬가지로, 상기 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전 상태 차이가 제2 기준 편차 미만이라는 것은 각각 최대 SOC 및 최소 SOC를 나타내는 배터리 모듈(M) 간의 SOC 차이가 제2 기준 편차 미만인 경우를 의미할 수 있는 것이다.

다만, 이는 예시적인 것이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 밸런싱 개시 또는 종료 여부의 결정을 위해 수행되는 충전 상태의 균일도 측정은 다양한 방식에 의해 이루어질 수 있는 것으로서, 예를 들어 복수의 배터리 모듈(M)의 평균 SOC와 각각의 배터리 모듈(M)의 SOC 사이의 차이에 따라 결정될 수도 있는 것이다.

도 3을 참조하면, 상기 예열 회로부(14)는 배터리 모듈(M) 중 일부 또는 전부와 연결되어 배터리 모듈(M)이 방전되도록 함으로써 배터리 팩(P)을 예열시킬 수 있다.

일 예로, 상기 밸런싱 회로부(14)는 제어부(13)로부터 출력된 제1 강제 방전 개시신호에 따라 모든 배터리 모듈(M)에 대한 동시 또는 순차적인 강제 방전을 수행함으로써 배터리 팩(P)을 예열시킬 수 있다.

이러한 예열 회로부(14)는 배터리 팩(P)의 사용과정에서 발생되는 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 불균일의 문제를 해소하기 위한 밸런싱을 수행하는 밸런싱 회로에 해당하는 것일 수도 있고, 예열기능의 수행만을 위해 상기 밸런싱 회로와는 별도로 설치된 방전회로에 해당하는 것일 수도 있다.

또 다른 예로, 상기 예열 회로부(14)는 제어부(13)로부터 출력된 제2 강제 방전 개시신호에 따라 일부 배터리 모듈(M)에 대한 강제 방전을 수행함으로써 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 불균일을 유발한 후, 밸런싱 개시신호에 따라 밸런싱을 수행함으로써 배터리 팩(P)을 예열시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)에 채용된 밸런싱 회로부(14)는 배터리 팩(P)의 사용과정에서 발생되는 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 불균일의 문제를 해소하기 위한 밸런싱을 수행하는 기본적인 기능 이외에, 일부 배터리 모듈(M)을 방전시킴으로써 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 불균일을 유발하는 기능을 함께 수행할 수도 있는 것이다.

도 4를 참조하면, 이러한 예열 회로부(13)는, 예를 들어, 배터리 모듈(M) 각각에 연결되는 복수의 방전 회로(14a,14b,14c,14d)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 방전 회로(14a~14d)는 각각의 배터리 모듈(M) 양 단 사이에 연결되는 방전 저항(R) 및 방전 스위치(S)를 포함할 수 있다.

상기 복수의 방전 회로(14a~14d) 각각에 구비된 방전 스위치(S)는 제어부(13)로부터 출력되는 제1 강제 방전 개시신호에 따라 배터리 모듈(M) 전체가 동시 또는 순차적으로 방전되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

또한, 상기 방전 스위치(S)는 제어부(13)로부터 출력되는 제2 강제 방전 개시신호에 따라 일부 배터리 모듈(M)이 방전되도록 스위칭 동작을 수행함으로써 배터리 모듈(M) 간의 충전상태 불균일을 유발한 후, 밸런싱 개시신호에 따라 나머지 배터리 모듈(M)이 방전되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

다음은, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)에 채용되는 방전 저항(R)의 설치 위치를 설명하기로 한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템에 채용된 방전 저항의 설치 위치를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 상기 방전 저항(R)은 열선 형태 또는 발열 팩 등 다양한 형태로 구현되어 서로 인접하는 배터리 모듈(M) 사이에 개재될 수 있으며, 좀 더 효율적인 예열을 위해 추가적으로 배터리 팩(P)의 외측 면, 즉 최 외측에 위치하는 배터리 모듈(M)의 외측 면에도 부착될 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 상기 방전 저항(R)은 배터리 모듈(M)을 이루는 복수 개의 배터리 셀(C) 사이에 개재될 수도 있으며, 좀 더 효율적인 예열을 위해 추가적으로 최 외측에 위치하는 배터리 셀(C)의 외측 면에도 부착될 수 있다.

이처럼, 상기 방전 저항(R)이 복수의 배터리 모듈(M) 사이 및/또는 복수의 배터리 셀(C) 사이에 위치하는 경우, 방전 저항(R)에서 발생되는 열이 배터리 셀(C)에 효율적으로 전달됨으로써 예열의 효율성을 높일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)은 배터리 팩(P)의 온도를 참조하여 배터리 팩(P)에 대한 예열을 수행하되, 방전 저항(R)에서 발생된 열이 그대로 낭비되지 않고 배터리 팩(P)에 전달되도록 하는 구조를 가짐으로써 우수한 에너지 효율성을 갖는다.

따라서, 이러한 배터리 예열 시스템(10)과 배터리 팩(P)이 결합되어 구현되는 전력공급 시스템은 저온 환경에서도 자동차의 스타터(A)에 충분한 전력을 공급할 수 있게 되며, 이로써 우수한 저온 시동성을 확보할 수 있게 된다.

다음은, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 방법을 설명하기로 한다.

도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 방법은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)을 이용하여 배터리 팩(P)을 예열하는 방법으로서, 온도 비교 단계(a 단계) 및 제1 강제방전 개시신호 출력 단계(b1)를 포함한다. 또한, 상기 배터리 예열 방법은 제1 강제방전 개시신호에 따라 시작된 강제방전을 종료시키기 위한 강제방전 종료신호 출력 단계(c1 단계)를 더 포함할 수도 있다.

상기 a 단계는, 온도 측정부(11)를 통해 측정된 배터리 팩(P)의 온도를 설정된 제1 기준 온도와 비교하는 단계이다.

상기 b1 단계는, 측정된 배터리 팩(P)의 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 것으로 판단되는 경우 예열 회로부(14)가 복수의 배터리 모듈(M) 전부와 연결되어 동시에 또는 순차적으로 강제 방전을 수행하도록 하는 제어신호를 출력하는 단계이다.

상기 c1 단계는, 제1 강제방전 개시신호에 따라 배터리 팩(P)의 온도가 기 설정된 제2 기준 온도 이상이 되거나 배터리 모듈(M)의 충전상태가 기 설정된 기준 값 미만이 되는 경우 배터리 모듈(M)에 대한 방전을 중단하기 위한 제어신호를 출력하는 단계이다.

여기서, 상기 제1 강제방전 개시신호에 따라 배터리 모듈(M)의 충전상태가 기 설정된 기준 값 미만이 되는 경우란 다양한 의미로 해석될 수 있다. 즉, 이는 복수의 배터리 모듈(M)에 대한 평균 SOC가 기준 값 미만이 되는 경우를 의미하는 것일 수도 있고, 복수의 배터리 모듈(M) 각각의 SOC 중 최소 또는 최대 SOC가 기준 값 미만이 되는 경우를 의미할 수도 있으며, 그 밖의 다른 경우를 의미하는 것일 수도 있다.

다음은, 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열 방법을 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열방법을 나타내는 순서도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 예열 시스템은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 예열 시스템(10)을 이용하여 배터리 팩(P)을 예열하는 방법으로서 온도 비교 단계(a 단계), 제2 강제방전 개시신호 출력 단계(b2 단계) 및 밸런싱 개시신호 출력 단계(c2 단계)를 포함한다. 또한, 상기 배터리 예열 방법은, 밸런싱 개시신호에 따라 시작된 강제방전을 종료시키기 위한 밸런싱 종료신호 출력 단계(d 단계)를 더 포함할 수 있다.

상기 온도 비교 단계(a 단계)는 앞선 실시예에 따른 배터리 예열 방법에서 설명된 내용과 실질적으로 동일하므로, 중복된 내용에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 b2 단계는, 측정된 배터리 팩(P)의 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 것으로 판단되는 경우 예열 회로부(14)가 복수의 배터리 모듈(M) 중 일부와 연결되어 강제방전을 수행하도록 하는 제어신호를 출력하는 단계이다.

상기 c2 단계는, 상기 강제방전 개시신호에 따라 일부 배터리 모듈(M)에 대한 방전이 진행됨으로써 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전상태 차이가 기 설정된 제1 기준 편차 이상이 되는 경우 충전상태를 밸런싱 하기 위한 제어신호를 출력하는 단계이다.

상기 d 단계는, 밸런싱 개시신호에 따라 나머지 배터리 모듈(M)에 대해서도 강제방전이 수행됨으로써 복수의 배터리 모듈(M) 상호 간의 충전상태 차이가 기 설정된 제2 기준 편차 미만이 되는 경우 밸런싱을 종료시키기 위한 제어신호를 출력하는 단계이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 예열 방법에 따르면, 복수의 배터리 모듈(M) 사이의 충전 상태를 밸런싱 하는 배터리 모듈(M)을 이용하여 배터리 모듈(M) 각각을 동시에 또는 순차적으로 방전시켜 배터리 팩(P)의 온도를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 각 구성요소들은 물리적으로 구분되는 구성요소라기 보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 본 발명의 각각의 구성요소들은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성에 따른 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 한다. 뿐만 아니라, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭의 일치 여부와 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

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.

10: 배터리 예열 시스템 11: 온도 측정부
12: 배터리 상태 측정부 13: 제어부
14: 예열 회로부 14a~14d: 방전 회로
R: 방전 저항 S: 방전 스위치
P: 배터리 팩 M: 배터리 모듈
A: 스타터

Claims

차량의 스타터와 연결되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부;
상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 각각의 충전 상태를 측정하는 배터리 상태 측정부;
상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 참조하여 강제방전 개시신호를 출력하는 제어부; 및
상기 복수의 배터리 모듈 사이 또는 상기 배터리 모듈을 이루는 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 방전 저항을 구비하는 것으로서, 상기 강제방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈 중 일부 또는 전부를 상기 방전 저항에 연결시켜 강제방전 시키는 예열 회로부를 포함하는 배터리 예열 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 배터리 팩의 온도가 설정된 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 방전 개시신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제2항에 있어서,
상기 예열 회로부는,
상기 강제방전 개시신호에 따라 상기 복수의 배터리 모듈을 동시에 또는 설정된 순서에 따라 순차적으로 강제 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 강제방전에 따라 상기 배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도 이상이 되거나, 상기 배터리 모듈의 충전 상태가 기준 값 미만이 되는 경우 강제방전 종료신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제2 기준 온도는,
상기 제1 기준 온도보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제1항에 있어서,
상기 밸런싱 회로부는 상기 강제방전 개시신호에 따라 일부 배터리 모듈을 강제방전 시키고,
상기 제어부는 상기 강제방전 개시신호에 따른 일부 배터리 모듈에 대한 강제방전으로 인해 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전상태 차이가 제1 기준 편차 이상이 되는 경우 상기 밸런싱 개시신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 밸런싱 개시신호에 따른 충전상태 밸런싱으로 인해 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전상태 차이가 제2 기준 편차 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제2 기준 편차는,
상기 제1 기준 편차보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제1항에 있어서,
상기 밸런싱 회로부는,
상기 강제방전 개시신호 및 상기 밸런싱 개시신호에 따라 스위칭 동작을 수행함으로써 상기 복수의 배터리 모듈이 상기 방전저항과 연결되도록 하는 방전 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배터리 상태 측정부는,
상기 배터리 모듈 각각에 연결되어 전압을 측정하는 전압 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제10항에 있어서,
상기 배터리 상태 측정부는,
상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출하는 SOC 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전압 센서에 의해 센싱된 전압 값을 포함하는 정보를 이용하여 배터리 모듈의 SOC를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 예열 시스템; 및
상기 배터리 예열 시스템과 연결된 배터리 팩을 포함하는 자동차용 전력공급 시스템.
제13항에 따른 자동차용 전력 공급 시스템; 및
상기 배터리 팩으로부터 시동에 필요한 전력을 공급 받는 스타터를 포함하는 자동차.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 예열 시스템을 이용하여 상기 배터리 팩을 예열시키는 배터리 예열 방법으로서,
(a) 상기 배터리 팩의 온도와 설정된 제1 기준 온도를 비교하는 단계; 및
(b) 상기 배터리 팩의 온도가 제1 기준 온도보다 낮은 경우 상기 밸런싱 회로부가 상기 배터리 팩을 이루는 복수의 배터리 모듈 전부와 동시 또는 순차적으로 연결되어 강제방전을 수행하도록 하는 제1 강제방전 개시신호 또는 복수의 배터리 모듈 중 일부와 연결되어 강제 방전을 수행하도록 하는 제2 강제방전 개시신호를 출력하는 단계를 포함하는 배터리 예열 방법.
제15항에 있어서,
(c1) 상기 제1 강제방전 개시신호에 따라 상기 배터리 팩의 온도가 제2 기준 온도 이상이 되거나 상기 배터리 모듈의 충전상태가 기준 값 미만이 되는 경우 강제방전 종료신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 방법.
제16항에 있어서,
상기 제2 기준 온도는,
상기 제1 기준 온도보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 방법.
제15항에 있어서,
(c2) 상기 제2 강제방전 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전상태 차이가 제1 기준 편차 이상이 되는 경우 밸런싱 개시신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 방법.
제18항에 있어서,
(d) 상기 밸런싱 개시신호에 따라 복수의 배터리 모듈 상호 간의 충전 상태 차이가 제2 기준 편차 미만이 되는 경우 밸런싱 종료신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 방법.
제19항에 있어서,
상기 제2 기준 편차는,
상기 제1 기준 편차보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 예열 방법.