KR20160111234A - Small Rechargeable Battery Matrix Control Apparatus and Method For an Electric Vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a small secondary battery matrix control apparatus for an electronic vehicle, which includes: multiple battery cells connected in series and in parallel to form a mtrix structure; a cell processor connected to each of the multiple battery cells to check a location of the battery cell of which an electrical state is out of a threshold value, among the multiple cells, by using voltage applied to the battery cells; and a control unit controlling a current supplied to the battery cell by using the location information of the battery cell, received from the cell processor.

Description

전기자동차용 소형 이차 전지 매트릭스 제어장치 및 방법{Small Rechargeable Battery Matrix Control Apparatus and Method For an Electric Vehicle}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a small secondary battery matrix control apparatus and method for an electric vehicle,

본 발명은 전기자동차를 구동하는데 사용되는 고전압 대용량 배터리를 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling a high voltage, large capacity battery used to drive an electric vehicle.

전기를 이용하여 주행하는 자동차는 배터리의 전원으로 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 전기자동차(EV: Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 플러그-인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)로 나뉜다.BACKGROUND ART Automobiles that run using electricity are vehicles that generate power by driving a motor by the power of a battery. Examples of such vehicles include an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid vehicle (PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle).

순수 전기자동차는 엔진없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 구동하는 것이다. 하이브리드 자동차는 엔진과 전기모터를 함께 사용하며, 엔진과 전기모터의 연결방식에 따라 직렬 방식과 병렬 방식으로 분류 된다. 직렬방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지가 발전기를 통하여 전기적 에너지로 바뀌고 이 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 것이다. 기존의 전기자동차에 주행거리의 증대를 위하여 엔진과 발전기를 추가시킨 개념으로, 엔진의 부하를 감소시켜 에너지 효율을 높일 수 있다. 병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만으로도 차량을 구동시키는 두 가지 동력원을 사용하고 주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 동시에 차량을 구동할 수도 있다. 플러그-인 하이브리드 자동차는 엔진과 전기모터를 함께 사용하며, 배터리는 외부 전원으로 충전할 수 있도록 한다. A pure electric vehicle drives electric energy through a battery as a main power source without an engine. Hybrid vehicles use an engine and an electric motor together, and are classified into a serial system and a parallel system depending on how the engine and the electric motor are connected. In the serial system, the mechanical energy output from the engine is converted into electrical energy through the generator, and this electrical energy is supplied to the battery or the motor so that the vehicle is always driven by the motor. The concept of adding an engine and a generator to increase the mileage of an existing electric vehicle can increase the energy efficiency by reducing the load of the engine. In parallel, the vehicle can be driven by battery power. Two power sources are used to drive the vehicle with only the engine (gasoline or diesel), and in parallel, the engine and the motor can drive the vehicle at the same time depending on the driving conditions. A plug-in hybrid car uses an engine and an electric motor together, and the battery allows charging from an external power source.

전기자동차에는 고출력 대용량의 에너지원이 필요하다. 따라서 단위 전지로서 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 배터리팩이 탑재된다. 그러나, 이 경우에 있어서도, 서로 다른 배터리의 종류 및 충전상태 등에 의해 여러 가지 문제점이 발생된다. 예를 들면, 배터리 셀수가 상이하거나, 셀 당 전압이 상이할 때, 두 배터리 간에는 전압차이가 발생되고, 이때 배터리의 방전은 배터리의 전압이 높은 쪽에서만 이루어지기 때문에 실질적인 동작시간은 연장되지 않는 것이다. 또한, 전압이 높은 배터리는 전압이 낮은 배터리에 비해 지속적인 방전이 이루어지기 때문에 과방전에 의한 배터리 수명 단축 문제점이 발생된다.Electric vehicles require high-power, large-capacity energy sources. Accordingly, a middle- or large-sized battery pack in which a plurality of battery cells are electrically connected is mounted as a unit battery. However, also in this case, various problems arise due to different types of batteries, charging states, and the like. For example, when the number of battery cells is different or the voltage per cell is different, a voltage difference occurs between the two batteries, and the actual operation time is not prolonged because the discharge of the battery is performed only at a higher voltage of the battery . Also, a battery having a high voltage has a problem in that the battery life is shortened due to over discharge because the battery is continuously discharged compared to a battery having a low voltage.

따라서 이러한 배터리의 관리와 유지에 관련된 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 대한민국 공개특허 10-2014-0026667에 의하면, 특정 배터리 유닛이 오작 동되어 교체가 되어야 할 경우에도 예비챔버를 두어 시스템의 작동이 중단되지 않고 계속적으로 작동할 수 있도록 하는 시도가 있다. 하지만 예비챔버를 두어 공간을 차지하게 되며 새로운 장치를 구비해야 되는 단점이 있다.따라서 여전히 배터리로 인한 고가의 전기자동차의 가격을 낮추는 것에는 기여하지 못하고 있다.Therefore, researches related to the maintenance and maintenance of such batteries are continuously being carried out. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0026667 discloses an attempt to keep a spare chamber in a standby state even when a specific battery unit is malfunctioning and needs to be replaced so that the operation of the system can be continuously performed without interruption. However, there is a disadvantage in that a spare chamber is required to occupy a space and a new device must be provided. Therefore, it still does not contribute to lowering the price of an expensive electric vehicle due to the battery.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차는, 다수의 배터셀을 효과적으로 관리하기 위하여 배터리 셀을 좌표화하여 불량 셀을 찾아내고 제어함으로써 전기적으로 안정되고 임계온도도 벗어나지 않는 배터리 시스템을 유지하는데 그 목적이 있다. In order to effectively manage a plurality of battery cells, an electric vehicle according to an embodiment of the present invention for solving the above-mentioned problems includes a battery which is electrically stable and does not deviate from a critical temperature by locating and controlling defective cells by coordinate- The purpose is to maintain the system.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 배터리팩은 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어장치로서, 직렬 및 병렬로 연결되어 매트릭스 구조를 이루는 다수의 배터리 셀; 상기 다수의 배터리 셀에 각각 연결되어 상기 배터리 셀에 인가된 전압을 이용하여 상기 다수의 배터리 셀 중 전기적 상태가 임계값을 벗어난 배터리 셀의 위치를 확인하는 셀 프로세서; 상기 셀 프로세서로부터 수신된 상기 배터리 셀의 위치정보를 이용하여 상기 배터리 셀로 공급되는 전류를 제어하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a matrix of small secondary batteries for an electric vehicle, comprising: a plurality of battery cells connected in series and in parallel to form a matrix structure; A cell processor connected to each of the plurality of battery cells for checking a position of a battery cell whose electrical state is out of a threshold value among the plurality of battery cells using a voltage applied to the battery cell; And a controller for controlling a current supplied to the battery cell using position information of the battery cell received from the cell processor.

상기 배터리 셀들은 소형 모바일 기기용 전지인 것을 특징으로 한다.The battery cells are cells for a small mobile device.

상기 제어부는 전압센서, 전류센서, 온도센서에 연결되는 것을 특징으로 한다.The control unit is connected to a voltage sensor, a current sensor, and a temperature sensor.

상기 배터리팩은 냉각라인을 갖는 것을 특징으로 한다.And the battery pack has a cooling line.

상기 냉각라인은 공랭식 또는 수냉식 라인인 것을 특징으로 한다.The cooling line may be an air-cooling or water-cooling line.

본 발명에 따른 매트릭스 제어장치를 이용하여, 다수의 배터리 셀의 충전상태를 평가하는 단계; 상기 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀이 정상일 시에는 프로세스를 시작하고, 상기 배터리 셀 중 불량셀이 발견될시에는 표시부에 상기 불량셀의 좌표를 전송하고, 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 프로세스를 시작하거나 상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함한다.Evaluating a state of charge of a plurality of battery cells using the matrix control device according to the present invention; Recognizing a position of the battery cell; The process starts when the battery cell is normal, and when the defective cell is found in the battery cell, the coordinates of the defective cell are transmitted to the display unit, the current of the defective cell is cut off, .

상기 다수의 배터리 셀의 충전상태를 평가하여 상기 배터리팩에 결함이 없을 시에는 좌표변환없이 즉시 모터를 구동하는 것을 특징으로 한다.The charging state of the plurality of battery cells is evaluated, and when there is no defect in the battery pack, the motor is immediately driven without coordinate conversion.

본 발명에 의한 매트릭스 제어장치를 이용하여, 다수의 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀의 전압을 검출하는 단계; 상기 배터리 셀의 전류를 검출하는 단계; 상기 배터리 셀의 측정된 전압과 전류를 임계전압 및 임계전류 값과 비교하여 불량유무를 확인하는 단계; 상기 배터리 셀들이 정상일 시에는 모터를 구동하고, 불량셀이 발견될시에는 표시부에 상기 불량셀의 위치를 좌표로 전송하고, 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 프로세스를 시작하거나 상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함한다.Recognizing the positions of the plurality of battery cells using the matrix control device according to the present invention; Detecting a voltage of the battery cell; Detecting a current in the battery cell; Comparing the measured voltage and current of the battery cell with a threshold voltage and a threshold current value to check for a failure; The method comprising: driving the motor when the battery cells are in a normal state; transmitting a position of the defective cell to a display unit when the defective cell is detected; .

본 발명에 의한 매트릭스 제어장치를 이용하여, 다수의 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀의 측정된 온도를 임계온도값과 비교하여 불량유무를 확인하는 단계; 상기 배터리 셀들이 정상일 시에는 모터를 구동하고, 상기 배터리 셀이 불량일시에는 표시부에 상기 불량셀의 위치를 좌표로 전송하고, 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 프로세스하거나 상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함한다.Recognizing a temperature of a plurality of battery cells using the matrix control device according to the present invention; Recognizing a position of the battery cell; Comparing the measured temperature of the battery cell with a threshold temperature value to determine whether the battery cell is defective; A step of driving the motor when the battery cells are normal and transferring the position of the defective cell to the display unit at a time when the battery cell is defective and coordinates of the defective cell, .

상기 다수의 배터리 셀의 온도를 인식하여 상기 배터리팩의 결함이 없을 시 즉시 모터를 구동한다.Recognizes the temperatures of the plurality of battery cells, and immediately drives the motor when there is no defect in the battery pack.

본 발명에 의한 매트릭스 제어장치를 이용하여, 다수의 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀의 측정된 온도를 임계온도값과 비교하여 불량유무를 확인하는 단계; 상기 배터리 셀의 온도가 정상일 시에는 모터를 구동하고, 불량셀이 발견될시 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 표시부에 상기 불량셀의 위치를 좌표로 전송하는 단계; 상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함한다.Recognizing the positions of the plurality of battery cells using the matrix control device according to the present invention; Recognizing a temperature of the battery cell; Comparing the measured temperature of the battery cell with a threshold temperature value to determine whether the battery cell is defective; Driving the motor when the temperature of the battery cell is normal, interrupting the current of the defective cell when a defective cell is found, and transmitting the position of the defective cell with coordinates on a display unit; And replacing the defective cell.

본 발명에 의한 매트릭스 제어장치를 이용하여, 다수의 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계; 상기 배터리 셀의 측정된 온도를 임계온도와 비교하여 불량유무를 확인하는 단계; 상기 배터리 셀의 온도가 정상일 시에는 모터를 구동하고, 상기 배터리 셀이 불량일시에는 상기 배터리팩의 냉각 또는 프리히팅시스템을 구동하는 단계를 포함한다.Recognizing the positions of the plurality of battery cells using the matrix control device according to the present invention; Recognizing a temperature of the battery cell; Comparing the measured temperature of the battery cell with a threshold temperature to check for a failure; And driving the motor when the temperature of the battery cell is normal and driving the cooling or preheating system of the battery pack when the battery cell is defective.

상기 냉각시스템은 공랭식 또는 수냉식인 것을 특징으로 한다.The cooling system is characterized by being air-cooled or water-cooled.

본 발명의 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어장치 및 방법은, 배터리 셀을 좌표화하여 배터리 모듈 내의 불량 셀을 찾아내고 제어함으로써 배터리 시스템이 중지되지 않고 유지할 수 있다. 또한 배터리팩은 동일한 전기적 특성을 갖는 배터리셀을 사용하여 전기자동차용 배터리셀에 국한되지 않는 합리적인 가격과 높은 호환성을 갖는 배터리셀을 이용한 배터리팩 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.An apparatus and method for controlling a small secondary battery matrix for an electric vehicle according to the present invention can coordinate and maintain a battery cell to locate and control defective cells in the battery module, thereby maintaining the battery system without stopping. Another object of the present invention is to provide a battery pack control apparatus and method using a battery cell having a battery cell having the same electrical characteristics and having a compatibility with a reasonable price that is not limited to a battery cell for an electric vehicle.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩이 장착된 전기자동차의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어 시스템의 블록도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법의 흐름도이다.1 is a schematic view of an electric vehicle equipped with a battery pack according to the present invention.
2 is a block diagram of a battery pack according to the present invention.
3 is a block diagram of a small secondary battery matrix control system for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
4 to 7 are flowcharts of a method of controlling a small secondary battery matrix for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals in the drawings. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명에 따른 배터리팩이 전기자동차에 장착될 경우의 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리팩이 전기자동차에 장착되어 구동되어지는 과정을 간략하게 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a state in which a battery pack according to the present invention is mounted on an electric vehicle, and FIG. 2 is a view schematically showing a process in which a battery pack according to the present invention is mounted on an electric vehicle and driven .

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리팩은 전기자동차의 내부에 장착되어 전기자동차에 동력을 공급한다.1 and 2, a battery pack according to the present invention is mounted inside an electric vehicle and supplies electric power to the electric vehicle.

배터리팩(100)은 다수의 배터리 셀, 인버터 및 제어부를 포함한다. 배터리에 공급되는 전력은 인버터(200)를 거쳐 모터(300)에 공급되어 동력을 발생시킨다.The battery pack 100 includes a plurality of battery cells, an inverter, and a control unit. Power supplied to the battery is supplied to the motor 300 via the inverter 200 to generate power.

인버터(200)는 배터리(101)의 직류전원을 모터(300)에 사용할 교류전원으로 변환시키고, 정확한 충전을 유지하며 회생제동력을 조정하는 역할을 담당하며, 하이브리드, 플러그인하이브리드 및 전기자동차(1)에 동력을 전달 및 추진한다. 인버터(200)를 통해 변환된 교류 전원은 모터(300)를 회전시켜 전기자동차(1)를 구동시킨다.The inverter 200 converts DC power of the battery 101 into AC power to be used for the motor 300, maintains accurate charging, and regulates the regenerative braking force. The hybrid 200, the plug-in hybrid, To transmit and propel the power. The AC power converted through the inverter 200 rotates the motor 300 to drive the electric vehicle 1.

제어부(400)는 배터리(101), 인버터(200) 및 모터(300)의 동작을 제어함으로써 전기자동차(1)의 보다 안정된 주행을 돕는다.The control unit 400 controls the operation of the battery 101, the inverter 200, and the motor 300 to help the electric vehicle 1 run more steadily.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어 시스템의 블록도이다. 3 is a block diagram of a small secondary battery matrix control system for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.

배터리팩(100)은 다수의 배터리 셀(102)이 직렬 또는 병렬로 연결된다. 복수개의 배터리 셀(102)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 복수개 배터리 모듈(110a, 112a, 114), 퓨즈(120, 122, 124), 표시부(150), 인버터(200), 제어부(400), 전압센서(600), 전류센서(500), 온도센서(700)를 구비한다.In the battery pack 100, a plurality of battery cells 102 are connected in series or in parallel. The plurality of battery modules 110a, 112a and 114, the fuses 120, 122 and 124, the display unit 150, the inverter 200, the control unit 400, A sensor 600, a current sensor 500, and a temperature sensor 700.

각각의 배터리 셀(102)은 셀 프로세서(125)와 전기적으로 연결되는데, 셀 프로세서(125)는 배터리 셀의 지리적 위치를 좌표변환하고 전류를 온오프하는 회로를 포함한다. 이러한 배터리 셀(102)이 연결부에 직렬로 연결되어 있는 상태에서는 임계 전압을 인가하여 위치를 파악하는 방법으로 지리적 위치를 좌표변환할 수 있다. 셀 프로세서(125)의 전류를 온오프하는 회로는 스위치로 작동하며, 또 다른 실시예로는 트랜지스터와 다이오드를 병렬연결하여 스위치를 대신할 수 있다. 또 다른 실시예로는 셀 프로세서(125)에 릴레이를 설치하는 방법이 있다. 제어부는 배터리 팩의 전압과 전류 및 온도를 제어하는 전압센서(600), 전류센서(500), 온도센서(700)와 연결된다. 퓨즈(120, 122, 124)는 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114)별로 발생할 수 있는 단락 전류 및 과부하 전류를 자동적으로 차단한다. 또한 상기 제어부와 연결되고 상기 배터리팩(100)의 전기적 상태 또는 온도를 표시하는 표시부(150)가 있다. 표시부(150)에 상기 배터리팩(100)의 전기적 상태 또는 온도가 임계치를 벗어낫을 시에는 표시부(150)에서 명령하여 배터리팩(100)의 시스템을 능동적으로 제어할 수 있다. 배터리팩(100)을 구성하는 다수의 배터리 셀(102)들은 다양한 종류의 소형이차전지로, 소형모바일 기기용 전지를 포함한다. 예를 들면, 니켈 카드뮴 배터리 셀 또는 니켈 망간 배터리셀 또는 리튬이온 배터리 셀 또는 리튬이온 폴리머 배터리 셀이 가능하다. 또한, 동일한 전압과 전류특성을 갖는다면 모양 및 전지종류에 상관없이 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리팩(100)을 구성할 수 있다. 또한, 일부의 배터리 셀(102)을 리패어하기 전 불량 배터리 셀(102) 위치에 동일한 전압과 전류특성을 가진 일차 전지를 사용하는 방법도 가능하다. 따라서, 전압과 전류특성을 맞춘다면, 소형이차전지와 일차전지의 조합도 가능하다. 이는 소형이차전지를 연결하는 방식을 다양하게 변형하여 자동차에 장착되는 배터리팩(100)의 위치를 자유롭게 조정할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존의 개인사용자가 배터리를 직접충전하던 방식에서 배터리팩(100)의 충전량 및 온도를 표시하여 배터리의 교체시기를 인지하고, 충전은 충전소에서 배터리셀 또는 배터리팩(100)을 교환하는 것으로 대체하여 전기자동차 사용의 편의성 및 안전성을 도모할 수 있다. 온도센서(165)는 배터리팩(100)의 임계온도를 관리하는 기능을 갖는 것으로, 배터리팩(100)이 임계온도 이상이 될 시에는 배터리팩(100) 내부의 냉각라인을 구동시킨다. 냉각라인은 공랭식일 때는 냉각팬을 구동하여 외부의 차가운 공기를 배터리팩(100) 내부로 이동시키는 팬을 가지며, 수랭식일 때는 구동회로를 실링(sealing)하고 각각의 배터리 셀(102)의 형상을 따라 냉각자켓을 입히는 형태 또는 배터리팩(100)의 내부로 냉각라인 또는 냉각 플레이트를 설치하여 냉매원(710)으로부터 냉각수 또는 냉매가 흐를 수 있도록 한다. Each battery cell 102 is electrically connected to a cell processor 125, which includes circuitry that coordinates the geographical location of the battery cell and turns on and off the current. In a state where the battery cell 102 is connected in series to the connection portion, coordinate transformation of the geographical position can be performed by a method of detecting a position by applying a threshold voltage. The circuit that turns on and off the current of the cell processor 125 operates as a switch, and in another embodiment, a transistor and a diode may be connected in parallel to replace the switch. In another embodiment, there is a method of installing a relay in the cell processor 125. [ The control unit is connected to a voltage sensor 600, a current sensor 500, and a temperature sensor 700 for controlling voltage, current, and temperature of the battery pack. The fuses 120, 122, and 124 automatically cut off the short-circuit current and the overload current that may occur for each of the plurality of battery modules 110, 112, and 114. The display unit 150 is connected to the controller and displays the electrical state or temperature of the battery pack 100. When the electrical state or temperature of the battery pack 100 is removed from the display 150, the display 150 may command the system to actively control the system of the battery pack 100. A plurality of battery cells 102 constituting the battery pack 100 are various kinds of small secondary batteries, and include batteries for small mobile devices. For example, a nickel cadmium battery cell or a nickel manganese battery cell or a lithium ion battery cell or a lithium ion polymer battery cell is possible. In addition, the battery pack 100 can be configured to be connected in series or in parallel, regardless of shape and type of battery having the same voltage and current characteristics. It is also possible to use a primary cell having the same voltage and current characteristics at the position of the defective battery cell 102 before replacing some of the battery cells 102. Therefore, if the voltage and current characteristics are matched, a combination of a small secondary cell and a primary cell is also possible. This is advantageous in that the position of the battery pack 100 mounted on the vehicle can be freely adjusted by variously modifying the manner in which the small battery is connected. In addition, in the method in which the existing personal user directly charges the battery, the charging amount and the temperature of the battery pack 100 are displayed to recognize the replacement time of the battery, and charging is performed by replacing the battery cell or the battery pack 100 at the charging station So that the convenience and safety of use of the electric vehicle can be improved. The temperature sensor 165 has a function of managing a critical temperature of the battery pack 100 and drives the cooling line inside the battery pack 100 when the temperature of the battery pack 100 becomes equal to or higher than the critical temperature. The cooling line has a fan for moving the external cold air to the inside of the battery pack 100 by driving the cooling fan when the air cooling type is used. In the case of the water cooling type, the driving circuit is sealed and the shape of each battery cell 102 A cooling line or a cooling plate is installed inside the battery pack 100 so that cooling water or refrigerant can flow from the refrigerant source 710. [

도 4 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법의 흐름도이다. 4 to 6 are flowcharts of a method of controlling a small secondary battery matrix for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5는 배터리 팩을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 4 and 5 are flowcharts showing a method of controlling the battery pack.

도 4는 배터리팩(100)의 충전상태를 평가하여 배터리팩(100) 내부의 불량 배터리셀의 위치를 알아내고 제어하는 방법에 관한 흐름도이다. 먼저 배터리팩(100)을 구성하는 다수의 배터리 셀(102)에 연결된 셀 프로세서(125)를 이용하여 각각의 충전상태를 평가하는 단계(S100)를 실시한다. 이 때 충전상태를 평가하는 방법으로는 전압 모드 연료 게이지 방법을 사용한다. 전압 모드 연료 게이지는 특별히 리튬 이온 배터리의 충전 상태를 정확하게 평가한다. 전원 인가 시 연료 게이지 알고리즘은 전압을 판독한 뒤 배터리 모델링 데이터를 토대로 충전량(SOC: State of Charge)에 대해 처음 평가한다. 다음에는 전압 변화를 이용해 배터리를 충방전하는 동안 충전량(SOC: State of Charge) 변화를 추적한다. 배터리 셀(102)의 충전상태를 평가한 다음, 각각의 배터리 셀(102)의 지리적 위치를 좌표로 변환하는 단계(S120)를 거친다. 이 때 배터리 셀(102)의 충전상태가 배터리 건전성(SCH: State of Health)을 만족하는지 여부를 확인하는 단계(S110)를 거쳐 만족시에는 자동차가 주행할 수 있도록 좌표변환 없이 즉시 프로세스를 시작하여 모터를 구동한다. 그러나 배터리 건전성을 만족하지 못하는 셀을 셀 프로세서(125)가 인지하게 되면 상술한 바와 같은 불량셀의 지리적 위치를 좌표화하고 표시부(150)에 상기 불량셀의 좌표를 표시부에 전송한다. 사용자는 전송된 불량셀의 좌표의 전류를 차단하는 능동적인 명령을 지시할 수 있다. 그러나 불량셀이 검출되면, 제어부(400)는 자동으로 불량셀의 전류를 차단하는 단계(S130)를 거친다. 이러한 전류가 흐르지 않는 불량셀을 제외한 다른 셀들의 전원을 이용하여 전기자동차의 모터를 구동할 수 있다. 혹은 배터리 셀(102)을 교체하는 단계(S140)을 거친 후 모터를 구동할 수 있다. 따라서 불량셀의 교체여부와 관계없이 배터리팩(100)의 전원을 계속 이용할 수 있으며 표시부에 전송된 불량셀의 좌표는 예를 들어 휴대폰 또는 노트북용 배터리를 탈부착하듯 불량 위치에서 배터리 셀(102)을 제거한 다음 새로 끼우는데 사용된다. 4 is a flowchart related to a method of evaluating the state of charge of the battery pack 100 and determining and controlling the position of the defective battery cell in the battery pack 100. [ A step S100 of evaluating each charging state is performed using the cell processor 125 connected to the plurality of battery cells 102 constituting the battery pack 100. [ At this time, the voltage mode fuel gauge method is used as a method of evaluating the charging state. Voltage-mode fuel gauges specifically assess the charge status of lithium-ion batteries. Upon power up, the fuel gauge algorithm reads the voltage and then initially evaluates the state of charge (SOC) based on battery modeling data. Next, voltage changes are used to track changes in state of charge (SOC) during charging and discharging of the battery. After the charging state of the battery cell 102 is evaluated, a step of converting the geographical position of each battery cell 102 into coordinates (S120) is performed. At this time, whether or not the state of charge of the battery cell 102 satisfies the state of health (SCH) is checked (S110), and when satisfied, the process starts immediately without coordinate conversion so that the vehicle can travel Drive the motor. However, when the cell processor 125 recognizes a cell that does not satisfy the battery healthiness, the geographical position of the defective cell as described above is coordinateized and the coordinates of the defective cell are transmitted to the display unit on the display unit 150. The user can indicate an active command to interrupt the current of the coordinates of the defective cell transmitted. However, when the defective cell is detected, the control unit 400 automatically goes through the step of interrupting the current of the defective cell (S 130). The motor of the electric vehicle can be driven by using the power of other cells except the defective cell in which the current does not flow. Or the step of replacing the battery cell 102 (S140), the motor can be driven. Therefore, the power of the battery pack 100 can be continuously used irrespective of whether the defective cell is replaced or not, and the coordinates of the defective cell transmitted to the display unit can be changed, for example, by detaching the battery cell 102 It is used to remove and then replace.

도 5는 배터리팩을 제어하는 방법에 관한 흐름도이다. 가장 먼저 배터리팩(100)을 제어하기 위한 수단으로 다수의 배터리 셀(102)의 위치를 좌표변환하는 단계(S200)다. 이 때 불량셀 여부는 확인하지 않고 먼저 배터리 셀(102)을 좌표변환한다. 배터리 셀(102)을 좌표변환하는 방법으로는 전기적인 방법도 있지만, 배터리 셀(102)을 하우징으로 패키징하는 모듈 장치에 표시된 고유 위치로 좌표를 식별할 수 있다. 다음으로 배터리 셀(102)의 전압을 검출하는 단계(S210)와 전류를 검출하는 단계(S220)을 거쳐 각각의 임계전압과 임계전류값을 비교하는 단계(S230)에서 불량셀을 찾는다. 불량셀이 발견되지 않을 시에는 즉시 주행을 할 수 있도록 프로세스를 시작하여 모터를 구동하는 단계(S260)를 실시한다. 그러나 불량셀이 발견될 시에는 불량셀의 좌표를 표시부(150)에 전송한다. 다음으로 상기 불량셀의 전류를 차단하는 단계(S240)에서 바로 모터를 구동하는 단계(S260)로 가거나, 배터리 셀을 교체하는 단계(S250)를 거친 다음 모터를 구동하는 단계(S260)로 갈 수 있다.5 is a flowchart related to a method of controlling a battery pack. First, the coordinate transformation of the positions of a plurality of battery cells 102 is performed by means for controlling the battery pack 100 (S200). At this time, the battery cell 102 is first subjected to coordinate conversion without confirming whether or not the cell is defective. Although there is an electrical method as a method of coordinate conversion of the battery cell 102, it is possible to identify the coordinates to the unique position displayed on the module device for packaging the battery cell 102 into the housing. Next, the defective cell is searched in step S230 of comparing the threshold voltage and the threshold current value through the step S210 of detecting the voltage of the battery cell 102 and the step S220 of detecting the current. When a defective cell is not found, the process is started so that the vehicle can be driven immediately, and a step S260 of driving the motor is performed. However, when a defective cell is found, the coordinates of the defective cell are transmitted to the display unit 150. Next, in step S240, the current of the defective cell is blocked. In step S260, the motor is driven. In step S260, the battery cell is replaced. In step S260, have.

도 6 및 도 7은 배터리팩의 온도를 제어하는 방법에 관한 흐름도이다.6 and 7 are flowcharts showing a method of controlling the temperature of the battery pack.

도 6은 배터리팩 내부의 온도센서(165)가 다수의 배터리 셀(102)의 온도를 인식하는 단계(S300). 셀(120)의 지리적 위치가 각각의 배터리 셀(102)에 연결된 셀 프로세서(125)로 인해 좌표로 변환되는 단계(S310)를 순차적으로 거친다. 배터리 셀(102)의 임계온도와 비교하여 불량여부를 확인단계(S320)에서는, 정상일 시에는 제어부는 모터를 구동하는 단계(S350)로 변환하여 주행을 시작한다. 그러나 불량셀이 검출되면, 상술한 바와 같이 배터리팩(100)을 제어하는 방법과 같이, 먼저 표시부에 좌표를 전송한다. 상술한 바와 같이, 배터리 셀(102)을 좌표변환하는 방법으로는 전기적인 방법도 있지만, 배터리 셀(102)을 하우징으로 패키징하는 모듈 장치에 표시된 고유 위치로 좌표를 식별할 수 있다. 임계온도보다 높아지면 소형 모바일기기용 배터리는 폭발할 위험성이 있다. 따라서 배터리 셀(102)의 전류를 차단하는 단계(S330)에서는 확인된 임계온도를 상회하는 일정온도까지는 전류를 차단하여 회로의 온도를 제어할 수 있다. 전류를 차단하여 안정적인 온도로 변환된 회로는 바로 모터를 구동하는 단계(S350)으로 가거나 배터리 셀(102)을 교체하는 단계(S340)을 거친 다음 모터를 구동하는 단계(S350)로 갈 수 있다.FIG. 6 illustrates a step S300 in which the temperature sensor 165 inside the battery pack recognizes the temperatures of the plurality of battery cells 102. (Step S310) in which the geographical location of the cell 120 is converted to coordinates due to the cell processor 125 connected to each battery cell 102. [ In step S320, whether the battery cell 102 is defective or not is compared with the critical temperature of the battery cell 102. At the time of normal operation, the control unit switches to step S350 of driving the motor and starts running. However, when a defective cell is detected, coordinates are first transmitted to the display unit as in the method of controlling the battery pack 100 as described above. As described above, there is an electrical method as a method of coordinate conversion of the battery cell 102, but it is possible to identify the coordinates to the unique position displayed on the module device for packaging the battery cell 102 into the housing. Batteries for small mobile devices may explode if the temperature is higher than the critical temperature. Therefore, in step S330 of cutting off the current of the battery cell 102, the temperature of the circuit can be controlled by shutting off the current up to a predetermined temperature exceeding the determined critical temperature. The circuit switched to the stable temperature by cutting off the current may go directly to step S350 for driving the motor or step S340 for replacing the battery cell 102 and then to step S350 for driving the motor.

하지만, 도 7은 제어부가 임계온도를 넘게되면 냉각시스템을 즉시 구동한다. 좀 더 자세히 설명하자면, 배터리셀을 디지털 좌표변환하는 단계(S400), 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계(S410)를 거쳐 배터리셀의 임계온도를 초과 또는 미달(S420)시에는 냉각 또는 프리히팅시스템을 구동하는 단계(S430)를 거친 다음 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계(S410)를 거친 후 모터를 구동하는 단계(S440)로 가거나, 혹은 냉각 또는 프리히팅시스템을 구동한 다음 바로 모터를 구동하는 단계(S440)으로 갈 수 있다. However, Fig. 7 immediately drives the cooling system when the control unit exceeds the critical temperature. In more detail, when the battery cell is subjected to digital coordinate transformation (S400), the temperature of the battery cell is recognized (S410), and when the critical temperature of the battery cell is exceeded or not exceeded (S420), the cooling or preheating system (S430), and then the step S410 of recognizing the temperature of the battery cell (S410) and then driving the motor (S440). Alternatively, the operation proceeds to a step S440 of driving the motor immediately after driving the cooling or preheating system The process may proceed to step S440.

이 때 냉각시스템은 공랭식이거나 수냉식이다. 공랭식일시에는 전기자동차의 외부로부터 내부로 팬을 이용하여 공기를 순환하는 방식을 사용할 수 있다. 또한 수냉식 냉각시스템은 냉각자켓, 냉각 플레이트를 이용하거나 냉각수 라인을 U자형 또는 J자형으로 만들어 효율적인 냉각라인을 형성한다. 냉각수로는 액체 또는 냉매를 사용할 수 있다.The cooling system is either air-cooled or water-cooled. In the air-cooling type time and date, a method of circulating air using a fan from outside to inside of the electric vehicle can be used. The water-cooled cooling system also uses cooling jackets, cooling plates, or makes the cooling water lines U-shaped or J-shaped to form efficient cooling lines. The cooling water may be a liquid or a refrigerant.

본 발명에 따른 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법에 따른 실시예는 상기의 그림 또는 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It will be appreciated that the embodiments of the method of controlling a small secondary battery matrix for an electric vehicle according to the present invention are not limited only to those described in the drawings or the detailed description. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1: 전기자동차 100: 배터리팩
102: 배터리 셀 110,112,114: 배터리 모듈
120,122,124: 퓨즈 125: 셀 프로세서
150: 표시부 200: 인버터
300: 모터 400: 제어부
500: 전류센서 600: 전압센서
700: 온도센서 710: 냉매원1: Electric vehicle 100: Battery pack
102: battery cells 110, 112, 114: battery modules
120, 122, 124: Fuse 125: Cell processor
150: Display unit 200: Inverter
300: motor 400:
500: current sensor 600: voltage sensor
700: Temperature sensor 710: Refrigerant source

Claims (13)

직렬 및 병렬로 연결되어 매트릭스 구조를 이루는 다수의 배터리 셀;
상기 다수의 배터리 셀에 각각 연결되어 상기 배터리 셀에 인가된 전압을 이용하여 상기 다수의 배터리 셀 중 전기적 상태가 임계값을 벗어난 배터리 셀의 위치를 확인하는 셀 프로세서;
상기 셀 프로세서로부터 수신된 상기 배터리 셀의 위치정보를 이용하여 상기 배터리 셀로 공급되는 전류를 제어하는 제어부를 포함하는 전기자동차용 소형 이차전지 매트릭스 제어장치.A plurality of battery cells connected in series and in parallel to form a matrix structure;
A cell processor connected to each of the plurality of battery cells for checking a position of a battery cell whose electrical state is out of a threshold value among the plurality of battery cells using a voltage applied to the battery cell;
And a controller for controlling a current supplied to the battery cell using position information of the battery cell received from the cell processor. 제 1항에 있어서,
상기 배터리 셀들은 소형 모바일 기기용 전지인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the battery cells are batteries for a small mobile device. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 전압센서, 전류센서, 온도센서에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the controller is connected to a voltage sensor, a current sensor, and a temperature sensor. 제 1항에 있어서,
상기 배터리팩은 냉각라인을 갖는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the battery pack has a cooling line. 제 4항에 있어서,
상기 냉각라인은 공랭식 또는 수냉식 라인인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어장치. 5. The method of claim 4,
Wherein the cooling line is an air-cooled or water-cooled line. 제 1 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 매트릭스 제어장치를 이용하여,
다수의 배터리 셀의 충전상태를 평가하는 단계;
상기 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀이 정상일 시에는 프로세스를 시작하고, 상기 배터리 셀 중 불량셀이 발견될시에는 표시부에 상기 불량셀의 좌표를 전송하고, 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 프로세스를 시작하거나 상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.Using the matrix control device according to any one of claims 1 to 5,
Evaluating a state of charge of a plurality of battery cells;
Recognizing a position of the battery cell;
The process starts when the battery cell is normal, and when the defective cell is found in the battery cell, the coordinates of the defective cell are transmitted to the display unit, the current of the defective cell is cut off, And a step of replacing the secondary battery with the secondary battery. 제 6항에 있어서,
상기 다수의 배터리 셀의 충전상태를 평가하여 상기 배터리팩에 결함이 없을 시에는 좌표변환없이 즉시 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.The method according to claim 6,
Wherein the charging state of the plurality of battery cells is evaluated and the motor is immediately driven without coordinate conversion when there is no defect in the battery pack. 제 1 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 매트릭스 제어장치를 이용하여,
다수의 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀의 전압을 검출하는 단계;
상기 배터리 셀의 전류를 검출하는 단계;
상기 배터리 셀의 측정된 전압과 전류를 임계전압 및 임계전류 값과 비교하여 불량유무를 확인하는 단계;
상기 배터리 셀들이 정상일 시에는 모터를 구동하고, 불량셀이 발견될시에는 표시부에 상기 불량셀의 위치를 좌표로 전송하고, 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 프로세스를 시작하거나 상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.Using the matrix control device according to any one of claims 1 to 5,
Recognizing a position of a plurality of battery cells;
Detecting a voltage of the battery cell;
Detecting a current in the battery cell;
Comparing the measured voltage and current of the battery cell with a threshold voltage and a threshold current value to check for a failure;
The method comprising: driving the motor when the battery cells are in a normal state; transmitting a position of the defective cell to a display unit when the defective cell is detected; Wherein said step of controlling said secondary battery matrix comprises the steps of: 제 1 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 매트릭스 제어장치를 이용하여,
다수의 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀의 측정된 온도를 임계온도값과 비교하여 불량유무를 확인하는 단계;
상기 배터리 셀들이 정상일 시에는 모터를 구동하고, 상기 배터리 셀이 불량일시에는 표시부에 상기 불량셀의 위치를 좌표로 전송하고, 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 프로세스하거나 상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.Using the matrix control device according to any one of claims 1 to 5,
Recognizing a temperature of a plurality of battery cells;
Recognizing a position of the battery cell;
Comparing the measured temperature of the battery cell with a threshold temperature value to determine whether the battery cell is defective;
A step of driving the motor when the battery cells are normal and transferring the position of the defective cell to the display unit at a time when the battery cell is defective, Wherein the secondary battery matrix control method comprises the steps of: 제 9항에 있어서,
상기 다수의 배터리 셀의 온도를 인식하여 상기 배터리팩의 결함이 없을 시 즉시 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.10. The method of claim 9,
And recognizing the temperatures of the plurality of battery cells to drive the motor immediately when there is no defect in the battery pack. 제 1 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 매트릭스 제어장치를 이용하여,
다수의 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀의 측정된 온도를 임계온도값과 비교하여 불량유무를 확인하는 단계;
상기 배터리 셀의 온도가 정상일 시에는 모터를 구동하고, 불량셀이 발견될시 상기 불량셀의 전류를 차단한 다음 표시부에 상기 불량셀의 위치를 좌표로 전송하는 단계;
상기 불량셀을 교체하는 단계를 포함하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.Using the matrix control device according to any one of claims 1 to 5,
Recognizing a position of a plurality of battery cells;
Recognizing a temperature of the battery cell;
Comparing the measured temperature of the battery cell with a threshold temperature value to determine whether the battery cell is defective;
Driving the motor when the temperature of the battery cell is normal, interrupting the current of the defective cell when a defective cell is found, and transmitting the position of the defective cell with coordinates on a display unit;
And replacing the defective cell with the defective cell. 제 1 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 매트릭스 제어장치를 이용하여,
다수의 배터리 셀의 위치를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀의 온도를 인식하는 단계;
상기 배터리 셀의 측정된 온도를 임계온도와 비교하여 불량유무를 확인하는 단계;
상기 배터리 셀의 온도가 정상일 시에는 모터를 구동하고, 상기 배터리 셀이 불량일시에는 상기 배터리팩의 냉각 또는 프리히팅시스템을 구동하는 단계를 포함하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.Using the matrix control device according to any one of claims 1 to 5,
Recognizing a position of a plurality of battery cells;
Recognizing a temperature of the battery cell;
Comparing the measured temperature of the battery cell with a threshold temperature to check for a failure;
And driving the motor when the temperature of the battery cell is normal and driving the cooling or preheating system of the battery pack when the battery cell is defective. 제 12항에 있어서,
상기 냉각시스템은 공랭식 또는 수냉식인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 소형이차전지 매트릭스 제어방법.13. The method of claim 12,
Wherein the cooling system is air-cooled or water-cooled.
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