JP2017189089A - Lithium battery protecting system in low temperature environment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムバッテリー保護システムに関し、より詳細には、リチウムバッテリーの状態を管理するBMS(Battery Management System)の電源をコントローラから供給して、バッテリーの充電が不可能な冬季の低温環境でリチウムバッテリーが完全放電されることを防止できるようにする冬季の低温環境でのリチウムバッテリー保護システムに関する。 The present invention relates to a lithium battery protection system, and more particularly, a BMS (Battery Management System) power source for managing the state of a lithium battery is supplied from a controller, so that the battery can be charged in a low-temperature environment in winter when the battery cannot be charged. The present invention relates to a lithium battery protection system in a low temperature environment in winter that can prevent the battery from being completely discharged.
主電源が喪失したときに、設備または負荷が持続的に動作できるように電源を供給する装置として、無停電電源供給装置(UPS;Uninterruptible Power Supply)がある。また、電力を貯蔵しておき、電力消耗の多いピーク時間帯に貯蔵された電力を供給して使用できるようにする装置として、エネルギー貯蔵装置(ESS;Energy Storage System)があり、このような無停電電源供給装置及びエネルギー貯蔵装置は、非常または遊休電力を用いて電力を安定に供給できるようにするという点で、最近注目されている装置の一つである。 An uninterruptible power supply (UPS) is a device that supplies power so that equipment or a load can operate continuously when main power is lost. An energy storage system (ESS; Energy Storage System) is a device that stores electric power and supplies the electric power stored during peak hours with high power consumption so that it can be used. The power failure power supply device and the energy storage device are one of the devices that have recently attracted attention in terms of enabling stable power supply using emergency or idle power.
このような無停電電源供給装置やエネルギー貯蔵装置は、一般に、インバータや切り替えスイッチなどの電力変換モジュール、変圧器、フィルター、コントローラ、および、蓄電池部などで構成される。従来は、電力を貯蔵する蓄電池として鉛蓄電池が主に用いられたが、最近は、寿命、重量、大きさなどで大きな利点があるリチウムイオンやリチウムポリマーなどのリチウム系列のバッテリーが主に用いられる。 Such an uninterruptible power supply device and energy storage device are generally composed of a power conversion module such as an inverter and a changeover switch, a transformer, a filter, a controller, and a storage battery unit. Conventionally, lead storage batteries have been mainly used as storage batteries for storing electric power, but recently, lithium series batteries such as lithium ions and lithium polymers, which have significant advantages in terms of life, weight, size, etc., are mainly used. .
リチウム系列のバッテリーは、通常、5℃〜40℃の条件で充電が行われ、零下での充電は、電池内のリチウムイオンの化学反応性が著しく低下するため、バッテリーの老化をもたらすことになる。したがって、冬季や寒い地域では、氷点下の気温でバッテリーの充電が可能なように、バッテリーの温度を充電可能な温度に維持するためのヒーター装置をシステムに追加するようになり、このようなヒーティング装置の追加は、システムの構成を複雑にし、作製コストがかなりかかり、システムの信頼性が低下するという問題がある。 Lithium-based batteries are usually charged under conditions of 5 ° C. to 40 ° C., and charging under zero significantly reduces the chemical reactivity of lithium ions in the battery, resulting in battery aging. . Therefore, in winter and cold areas, heaters are added to the system to maintain the battery temperature at a rechargeable temperature so that the battery can be charged at sub-freezing temperatures. The addition of the apparatus has a problem that the system configuration is complicated, the manufacturing cost is considerably increased, and the reliability of the system is lowered.
一方、リチウム系列のバッテリーは、複数のセルを直列に接続して電圧を高めて使用するようになり、この場合、セル間電圧、電流、温度などを管理するためにBMSが使用される。 On the other hand, lithium-based batteries are used by connecting a plurality of cells in series to increase the voltage, and in this case, BMS is used to manage the inter-cell voltage, current, temperature, and the like.
図1は、このような従来のBMSが適用されたバッテリーシステムの構成図であって、外部から入力される交流電源(AC INPUT)は、コントローラ(Controller)10の制御によってインバータ(Inverter)20を介してバッテリー30を充電させる。また、バッテリー30の電源供給が必要な場合、バッテリー30に充電されたDC電源は、コントローラ10の制御によってインバータ20を介して交流に変換され、負荷に交流電源を供給(AC OUTPUT)する。一方、BMS40は、コントローラ10のIGNITION信号に応じて駆動され、バッテリー30の充電可能な温度範囲を設定した後、当該温度範囲を外れた場合、CHARGE DISCHARGE B/D25に充電停止信号を伝送してバッテリーの充電が停止するように制御する。また、BMS40は、充電及び放電時に複数のセルで構成されたリチウムバッテリーのセル間電圧の偏差が最小化されるように制御し、このようにバッテリー30のセル間電圧、電流、温度の管理及び充放電を管理するBMS40は、バッテリー30から電源が供給されて動作する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a battery system to which such a conventional BMS is applied. An AC power input (AC INPUT) input from the outside is controlled by a
しかし、冬季の低温環境で長時間にわたってBMS40の充電停止命令によりバッテリーが充電されない場合にも、CHARGE DISCHARGE B/D25の充電/放電リレーの駆動電力が継続して消耗される。このような充電/放電リレーの消耗電力とBMS40の消耗電力によって、バッテリー30は継続して放電するようになり、低温状態が長期間続くと、結局、バッテリー30が過放電される現象が発生し、バッテリー電圧が動作停止電圧以下に放電されると、充電可能な条件になっても再起動が不可能であるため、バッテリーを交換したり、再生させなければならないという問題が発生する。
However, even when the battery is not charged for a long time due to a charge stop command of the
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、冬季の低温環境が続く場合にも、リチウムバッテリーが完全放電されることを防止することができる、低温環境でのリチウムバッテリー保護システムを提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent a lithium battery from being completely discharged even in a low temperature environment in winter. It is to provide a lithium battery protection system in a low temperature environment.
また、本発明の目的とするところは、冬季の低温環境でもバッテリーのSOC(State of charge)を維持することによって、バッテリーのライフサイクルを維持して寿命を延ばすことができる、低温環境でのリチウムバッテリー保護システムを提供することにある。 In addition, the object of the present invention is to maintain the battery SOC (State of Charge) even in a low temperature environment in winter, thereby maintaining the life cycle of the battery and extending the life thereof. It is to provide a battery protection system.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、低温環境でリチウムバッテリーの充放電を制御して保護するシステムであって、外部から供給される電源を介して充電され、充電された電源を放電させて外部に出力するリチウム系列のバッテリーモジュールと、外部から供給される交流電源を直流電源に変換して前記バッテリーモジュールを充電させ、前記バッテリーモジュールの放電時に前記バッテリーモジュールの電源を交流電源に変換して出力する充電及び放電機能を行うインバータと、前記バッテリーモジュールの電圧、電流及び温度を測定して管理し、前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御するBMSと、前記BMSのバッテリーモジュール充電及び放電動作の制御環境を設定し、前記BMSの制御信号に応じて前記インバータの動作を制御して前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御し、前記BMSに動作電源を供給して、前記BMSが前記バッテリーモジュールの電源を消耗させずに前記バッテリーモジュールを管理できるようにするコントローラと、を含む、リチウムバッテリー保護システムが提供される。 In order to solve the above-described problems, according to an aspect of the present invention, there is provided a system that controls and protects charging and discharging of a lithium battery in a low temperature environment, and is charged and charged via an externally supplied power source. A lithium-based battery module that discharges the generated power and outputs it to the outside, and converts the AC power supplied from the outside into a DC power source to charge the battery module, and when the battery module is discharged, the battery module is powered An inverter that performs charging and discharging functions that are converted into an AC power source and outputs; a BMS that measures and manages the voltage, current, and temperature of the battery module; and controls charging and discharging operations of the battery module; Set the control environment for battery module charging and discharging operation, And controlling the operation of the inverter to control the charging and discharging operations of the battery module, supplying operation power to the BMS, and the BMS managing the battery module without consuming the power of the battery module. A lithium battery protection system is provided that includes a controller that enables the to.
前記BMSは、前記バッテリーモジュールの温度を測定し、測定された温度が正常な充電可能温度範囲内にある場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御する信号を前記コントローラに伝送し、前記バッテリーモジュールの温度が充電不可能な温度以下に低下する場合、前記コントローラに充電停止信号を伝送して前記バッテリーモジュールの充電が停止するようにし、設定された放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの放電を制御する信号を前記コントローラに伝送してもよい。 The BMS measures the temperature of the battery module, and when the measured temperature is within a normal chargeable temperature range, charging and discharging of the battery module according to a set control environment of charging and discharging operation. A signal to control the battery module, and when the temperature of the battery module falls below a temperature that cannot be charged, a charge stop signal is transmitted to the controller to stop the charging of the battery module, setting A signal for controlling the discharge of the battery module may be transmitted to the controller according to the control environment of the discharged operation.
前記BMSは、前記バッテリーモジュールの温度が、正常な充電が可能な下限温度と前記充電が不可能な温度との間に位置する場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御し、前記バッテリーモジュールの充電は、パルス充電方式で低率充電を行うことによってバッテリーの損傷を防止してもよい。 When the temperature of the battery module is located between a lower limit temperature at which normal charging is possible and a temperature at which the charging is not possible, the battery according to a set control environment for charging and discharging operations. The charging and discharging of the module may be controlled, and the battery module may be charged at a low rate by a pulse charging method to prevent damage to the battery.
前記バッテリーモジュールの正常な充電可能温度範囲は5℃〜40℃に設定され、前記充電が不可能な温度は−10℃に設定されてもよい。 A normal chargeable temperature range of the battery module may be set to 5 ° C. to 40 ° C., and a temperature at which the battery module cannot be charged may be set to −10 ° C.
前記コントローラは、前記バッテリーモジュールの放電時にバッテリーの過放電を保護するために、前記バッテリーモジュールの電圧が設定された放電終止電圧に到達すると、前記インバータの動作を停止させて、バッテリーの放電が行われないようにしてもよい。 The controller stops the operation of the inverter and discharges the battery when the voltage of the battery module reaches a set end-of-discharge voltage in order to protect overdischarge of the battery when the battery module is discharged. You may make it not break.
前記コントローラは、前記コントローラ及び前記BMSの動作環境を設定する設定部と、前記コントローラ及び前記BMSの動作環境を表示する表示部と、前記BMSを介して測定される前記バッテリーモジュールの状態が正常でない場合、正常でないことを外部に警告する警報提供部と、前記BMSのバッテリーモジュール制御信号に応じて前記インバータの動作を制御するインバータ動作制御部と、外部から電源が供給されて前記コントローラ及び前記BMSに動作電源を供給する電源部と、を備えてもよい。 The controller includes a setting unit that sets an operating environment of the controller and the BMS, a display unit that displays the operating environment of the controller and the BMS, and a state of the battery module measured via the BMS is not normal. An alarm providing unit that warns the outside that the device is not normal, an inverter operation control unit that controls the operation of the inverter according to a battery module control signal of the BMS, and the controller and the BMS that are externally supplied with power. And a power supply unit that supplies an operating power supply.
前記電源部は、外部から電源が入力される電源入力モジュールと、前記電源入力モジュールを介して入力される電源を前記コントローラ及び前記BMSで使用可能な電源に変換する動作電源変換モジュールと、前記動作電源変換モジュールを介して変換された電源を前記BMSに動作電源として供給するBMS電源供給モジュールと、を備えてもよい。 The power supply unit includes a power input module to which power is input from the outside, an operation power conversion module that converts power input through the power input module into a power usable by the controller and the BMS, and the operation And a BMS power supply module that supplies the BMS with power converted through a power conversion module as an operating power.
前記電源入力モジュールは、外部から入力されるAC INPUT電源、負荷に電源を供給するAC OUTPUT電源、及び前記インバータの整流電源のうちのいずれか1つを前記動作電源変換モジュールに供給して安定した電源供給が行われるようにしてもよい。 The power supply input module stably supplies any one of an AC INPUT power supply input from the outside, an AC OUTPUT power supply for supplying power to a load, and a rectified power supply of the inverter to the operation power conversion module. Power supply may be performed.
前記電源入力モジュールは、外部から入力される電源が停電によって遮断される場合、前記バッテリーモジュールの電源またはAC OUTPUT電源が供給されて無停電で前記BMSに電源を供給してもよい。 The power input module may supply power to the BMS without power failure when power from the battery module or AC OUTPUT power is supplied when power input from the outside is interrupted by power failure.
本発明に係るリチウムバッテリー保護システムは、設定された低温環境以下ではリチウムバッテリーの充電を停止し、低温環境以上では、パルス充電方式で低率充電して最小のリチウムイオンの移動で長時間充電することによって、高率充電によるバッテリーの損傷を防止して故障率を大幅に減少させることができ、従来の低温環境で必要としていたヒーター及び関連装置を必要としないことによって設置コストを低減し、電力費の低減及び信頼性を向上させることができる。 The lithium battery protection system according to the present invention stops the charging of the lithium battery below the set low temperature environment, and at a low temperature environment or higher, it charges at a low rate by the pulse charging method and charges for a long time by the movement of the minimum lithium ion. This can significantly reduce the failure rate by preventing battery damage due to high-rate charging, reducing installation costs by eliminating the need for heaters and related equipment required in conventional low-temperature environments, and reducing power consumption. Cost reduction and reliability can be improved.
また、本発明は、低温環境で従来のバッテリーから供給されるBMSの供給電源をコントローラから供給するようにすることによって、バッテリーの過放電を防止して寿命の増大及び事後管理費用を低減することができる。 In addition, the present invention prevents the battery from being over-discharged and reduces the lifespan and the subsequent management cost by supplying the BMS supply power supplied from the conventional battery from the controller in a low temperature environment. Can do.
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図2は、本発明の実施例に係るリチウムバッテリー保護システムの構成図を示したものである。 FIG. 2 is a configuration diagram of a lithium battery protection system according to an embodiment of the present invention.
図2に示したように、本発明に係るリチウムバッテリー保護システムは、電源を充放電するリチウム系列のバッテリーモジュール300と、交流電源及び直流電源を変換するインバータ200と、前記インバータ200の動作を制御してバッテリーモジュール300の充電及び放電動作を制御するコントローラ100と、前記バッテリーモジュール300の状態を監視及び管理するBMS(Battery Management System)400とを含んでなる。
As shown in FIG. 2, the lithium battery protection system according to the present invention controls a
前記バッテリーモジュール300には、リチウムイオンまたはリチウムポリマーなどのリチウム系列のバッテリーが備えられ、このリチウム系列のバッテリーは、通常、5℃〜40℃の気温環境で充電が行われ、5℃未満に低下すると、正常な充電が不可能になる。前記バッテリーモジュール300は、通常時の正常運転モード(Normal Mode)では充電状態を維持し、交流電源に異常が発生する場合にインバータ運転モード(Inverter Mode)で動作して、バッテリーモジュールの放電を通じてインバータ200に電源を供給するようになる。すなわち、前記バッテリーモジュール300には、正常運転モードの場合、定電圧(CV:Constant Voltage)及び定電流(CC:constant Currents)がインバータ200を介して入力されて充電され、充電が完了すると、充電を停止し、待機状態を維持し、バッテリーモジュールの放電によってバッテリーモジュール300の電圧が放電終止電圧まで放電されると、再びインバータ200を介して定電圧及び定電流が供給されて再充電される。
The
前記インバータ200は、コントローラ100の制御に応じて、外部から供給される交流電源を直流電源に変換してバッテリーモジュール300に供給することによってバッテリーモジュール300を充電するか、またはバッテリーモジュール300の放電によって流入する直流電源を交流電源に変換して外部に出力する両方向インバータ200である。前記バッテリーモジュール300から放電される電源は、インバータ200を介して交流電源に変換された後、変圧器を経て交流電源を必要とする負荷に供給(AC OUTPUT)される。また、前記インバータ200は、コントローラ100に駆動電源を供給する役割も果たす。
The
前記コントローラ100は、BMS400に電源を供給し、BMS400のバッテリーモジュール充電及び放電の制御環境を設定し、BMS400の制御信号に応じてインバータ200の動作を制御して、バッテリーモジュール300の充電及び放電動作が行われるように制御するようになる。本発明の実施例において、前記コントローラ100は、通常時には、AC INPUT電源、AC OUTPUT電源及びインバータ200から電源が供給され、停電時には、AC OUTPUT電源及びバッテリーモジュール300から電源が供給される。これは、BMS400に安定に電源を供給してインバータ200を正常に制御できるようにするためには、停電やバッテリーの充電不能または放電などの非常事態にも安定した電源が入力されなければならないためである。
The
前記BMS400は、コントローラ100から電源の供給を受けて駆動され、バッテリーモジュール300の電圧、電流及び温度などを測定して管理し、バッテリーモジュール300のセル間電圧及び電流バランスを行う装置である。このBMS400は、測定されるバッテリーモジュール300の状態に応じて、バッテリーモジュール300の充電及び放電動作を制御する信号をコントローラ100に伝送することによって、バッテリーモジュール300の充放電動作を制御する。このように、本発明において前記BMS400は、従来のバッテリーモジュール300から電源が供給される代わりに、コントローラ100から電源が供給されて動作するので、従来のバッテリーモジュール300の充電が不可能な場合に、バッテリーモジュール300の電源を消耗させてバッテリーが完全に放電される問題を解決できるようにしている。このようなBMS400は、コントローラ100のIGINITION信号に応じて駆動される。
The
図3は、本発明の実施例に係るコントローラのブロック構成図を示したものである。 FIG. 3 is a block diagram of the controller according to the embodiment of the present invention.
図3に示したように、本発明に係るコントローラ100には、コントローラ100及びBMS400の動作環境を設定する設定部120と、コントローラ100及びBMS400の動作状態を表示する表示部130と、BMS400を介して測定されるバッテリーモジュール300の状態が正常でない場合に、これを警告する警報提供部140と、BMS400の信号に応じてインバータ200の動作を制御するインバータ動作制御部150と、コントローラ100及びBMS400に電源を供給する電源部160と、コントローラ100を介して設定され、測定されるデータが格納されるメモリ部190と、前記各構成部の動作を制御する中央制御部110とが備えられる。
As shown in FIG. 3, the
前記設定部120は、コントローラ100の動作環境だけでなくBMS400の動作制御環境も設定するようになり、この設定部120を介して設定されるBMS400のバッテリーモジュール動作制御環境には、バッテリーモジュール300の充電可能温度範囲、充電不可能な低温温度、及びバッテリーの過保護のための放電終止電圧/SHUTDOWN電圧/BATTERY LOW VTG PROTECTION電圧などが設定される。前記設定部120を介して設定される制御環境に応じて、BMS400は、バッテリーモジュール300の状態を監視してバッテリーモジュール300の動作を制御する。前記表示部130は、設定部120を介して設定されるコントローラ100及びBMS400の動作制御環境情報、コントローラ100及びBMS400の動作状態情報、及びバッテリーモジュール300の状態情報などが表示される。
The
前記警報提供部140は、BMS400を介して監視されるバッテリーモジュール300の状態に誤りが発生する場合に、これを警告する装置であって、警報提供部140は、BMS400を介して把握されるバッテリーモジュール300の温度が正常範囲にないか、またはバッテリーモジュールの電圧が正常範囲にない場合に、これをブザーやランプなどを介して警告するようになる。
The
前記インバータ動作制御部150は、バッテリーモジュール300の状態を監視するBMS400からバッテリーモジュール制御信号が伝送されてインバータ200の動作を制御することによって、バッテリーモジュール300の充放電動作を制御するようになる。本発明の実施例において、前記インバータ動作制御部150は、ソフトウェア及びハードウェアを介して、BMS400から伝送される制御信号に応じてインバータ200の動作を制御するようになる。すなわち、前記インバータ動作制御部150は、BMS400からバッテリー故障またはBMS故障信号が入力されると、インバータの内部又はこれと関連するDC RELAY S/Wを動作させ、バッテリーモジュール300の充電又は放電運転を停止してシステムを保護し、警報提供部140を介して警告信号を発生させる。また、BMS400からバッテリーの充電可能温度以上の信号が入力されると、インバータ200の充電動作(PFC PWM充電モード)を停止してバッテリーモジュール300を保護し、インバータ200の内部に含まれた平滑回路部(DC LINK)でバッテリー電圧を検出して常時監視し、異常時に充電/放電運転を停止する。また、バッテリーモジュール300の寿命を延ばすために、バッテリーモジュール300の満充電時に充電動作を停止し、バッテリー電圧が設定電圧(90〜95%)まで放電されると、パルス充電方式で再び再充電を繰り返して行う。
The inverter
前記電源部160は、コントローラ100及びBMS400に動作電源を供給する電源供給装置であって、この電源部160には、外部から電源が入力される電源入力モジュール161と、入力される電源をコントローラ100及びBMS400で使用可能な電源に変換する動作電源変換モジュール170と、BMS400に動作電源を供給するBMS電源供給モジュール180とが備えられる。
The
本発明の実施例において前記電源入力モジュール161は、通常時の正常運転モード(Normal Mode)の状態では、バッテリーモジュール300の電源を消費せずに安定に電源の供給を受けるために、AC INPUT電源入力161a、AC OUTPUT電源入力161b及びインバータ電源入力161cが供給され、停電などの異常状況によるインバータ運転モード(Inverter Mode)の状態では、AC OUTPUT電源入力161b及びバッテリーモジュール電源入力161dが供給される。このように供給された電源のうち、状態が良好な電源が動作電源変換モジュール170によってコントローラ100及びBMS400の動作電源に変換され、変換された電源は、BMS電源供給モジュール180を介してBMS400に電源を供給するようになる。このように、前記電源部160では、正常運転モードでAC INPUT電源、AC OUTPUT電源及びインバータ200から電源が供給されるため、これらのいずれか1つの入力電源状態が良好でなくても、他の入力電源を介して安定に電源の供給を受けることができ、BMS400に安定に電源を供給できるようになる。また、停電などによってAC INPUT電源が供給されない場合にも、AC OUTPUT電源及びバッテリーモジュール300から電源の供給を受けることができるため、無停電状態でBMS400に安定した電源を供給できるようになる。
In the embodiment of the present invention, the
前記メモリ部190は、コントローラ100を介して獲得されるデータが格納される記憶装置であって、このメモリ部190には、設定部120を介して設定されるコントローラ100の動作環境と、BMS400のメモリモジュール動作制御環境、例えば、バッテリーモジュール300の充電可能温度範囲、充電不可能な低温温度、及びバッテリーの過保護のための放電終止電圧/SHUTDOWN電圧/BATTERY LOW VTG PROTECTION電圧などの情報と、BMS400を介して獲得されるバッテリーモジュール300の状態情報及びインバータ200の駆動情報などが格納される。
The
前記BMS400は、コントローラ100の設定部120を介して設定されたバッテリー動作制御環境に応じて、バッテリーモジュール300の充電及び放電動作を制御する信号をコントローラ100に伝送する。本発明に適用されたリチウム系列のバッテリーは、低温環境で正常な充電を行うことができないため、BMS400では、バッテリーモジュール300の温度に応じてバッテリーモジュール300の充電動作を制御するようになり、図4は、BMSでバッテリーモジュールの充電動作を制御する基準となる温度の一例を示している。
The
図4に示したように、本発明の実施例においてBMS400は、正常な高率充電可能温度である5℃〜40℃の温度範囲では、充電条件によって正常なバッテリー高率充電が行われるように制御し、充電停止温度である低温温度−10℃以下では、バッテリー充電が行われないように制御し、正常な高率充電が可能な下限温度と低温との間である5℃〜−10℃の間では、パルス充電方式による低率充電(約20時間率:0.05C)でバッテリーモジュール300の充電が行われ得るように制御する。一般的にリチウムバッテリーは、低温時に電解質内のイオンの移動度が低くなるため、電流の流れが悪くなると共に、バッテリーの出力が低下する。したがって、本発明では、5℃〜−10℃の間の低温環境で、最適の効率及び寿命に適した0.05Cの長時間低率充電方式で充電を行うことによって、高率充電によるバッテリーの損傷を防止しながら充電が行われ得るように制御するようになる。
As shown in FIG. 4, in the embodiment of the present invention, the
一方、コントローラ100は、バッテリーモジュール300の放電時にバッテリーの過放電を保護するために、バッテリー電圧が放電終止電圧(バッテリーCELL 3.27V)に到達すると、インバータ200を停止させ、その後、機器SHUTDOWN電圧(バッテリーCELL 3.19V)に到達時にはバッテリースイッチを“OFF”させることで、これ以上バッテリーが放電されないように管理する。そして、BMS400では、バッテリー電圧がバッテリー過放電保護機能のうち、“Battery low vtg.protection”の設定値(バッテリーCELL 3.15V)に到達する場合、コントローラ100に“Battery Fault”を伝送し、コントローラ100は、バッテリースイッチを“OFF”させて装置がSHUTDOWNされるようにして、バッテリーモジュール300が二重に保護されるようにする。
On the other hand, the
このようなBMS400とコントローラ100の動作制御環境である充電可能温度範囲、低温温度、及び放電終止電圧/SHUTDOWN電圧/BATTERY LOW VTG PROTECTION電圧などは、コントローラ100の設定部120を介して設定され、このような設定値は、運転環境や条件に応じて適切に変更できることは当然である。
The chargeable temperature range, the low temperature, and the discharge end voltage / SHUTDOWN voltage / BATTERY LOW VTG PROTECTION voltage, which are operation control environments of the
以下、前記の構成からなるリチウムバッテリー保護システムによってリチウムバッテリーモジュールの過放電が保護される過程について説明する。 Hereinafter, a process in which overdischarge of the lithium battery module is protected by the lithium battery protection system having the above-described configuration will be described.
図5は、本発明の実施例に係るリチウムバッテリー保護システムの動作過程を示したフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation process of the lithium battery protection system according to the embodiment of the present invention.
ステップS100:システムがターンオンされると、コントローラ100は、電源部160を介して入力される電源をBMS動作電源に変換して、BMS400にIGNITION信号で電源を供給するようになる。
Step S100: When the system is turned on, the
ステップS110,S120:BMS400がIGNITION信号を正常に受信する場合(S110)、BMS400は、バッテリーモジュール300の動作状態、すなわち、バッテリーモジュール300の動作モード、電圧及び温度などの状態を測定して監視するようになる(S120)。
Steps S110 and S120: When the
ステップS130,S140,S150:BMS400は、測定されるバッテリーモジュール300の状態のうちバッテリーモジュール300の温度を分析し、バッテリーモジュール300の温度が正常な高率充電可能温度範囲(5℃〜40℃)にある場合(S130)、バッテリーモジュール300を高率充電待機及び放電待機状態に維持した後(S140)、予め設定された充電及び放電条件によってバッテリーモジュール300の高率充電及び放電を制御する信号をコントローラ100に伝送して、コントローラ100がインバータ200の動作を制御してバッテリーモジュール300の充電及び放電を制御できるようにする(S150)。
Steps S130, S140, and S150: The
ステップS160,S170,S180:一方、BMS400は、バッテリーモジュール300の温度が充電不可能な低温温度(−10℃)以下である場合(S130)、充電によるバッテリーモジュール300の破損を防止するために、充電を遮断させる充電停止状態を維持し、放電は可能なように待機状態を維持して(S170)、設定された放電条件によってバッテリーの放電を制御する信号をコントローラ100に伝送して、バッテリーモジュール300の充電は遮断された状態で放電動作のみが行われるように制御するようにする(S180)。
Steps S160, S170, S180: On the other hand, when the temperature of the
ステップS161,S162:一方、バッテリーモジュール300の温度が、正常な充電が可能な下限温度(5℃)と低温温度(−10℃)との間に位置する場合、BMS400は、放電は待機状態を維持し、充電は一般的な充電ではなく低率充電が行われ得るように待機状態を維持し(S161)、設定された充電及び放電条件によってバッテリーモジュール300の低率充電及び放電を制御する信号をコントローラ100に伝送して、バッテリーモジュール300の充電及び放電が行われ得るようにする(S162)。
Steps S161 and S162: On the other hand, when the temperature of the
このように、本発明では、バッテリーモジュール300の温度が充電不可能な低温に低下すると、BMS400でバッテリーモジュール300の充電を停止させることによって、バッテリーモジュール300を保護できるようにし、この過程でBMS400は、バッテリーモジュール300ではなくコントローラ100から電源が供給されて駆動することによって、低温時にバッテリーモジュール300の電源が消耗されないため、バッテリーモジュール300の完全放電を防止できるようになる。また、バッテリーモジュール300の温度がバッテリー充電下限温度と低温温度との間に位置する場合、パルス充電方式で非常に微細な電流で低率充電して、バッテリーモジュール300の損傷を防止しながらバッテリーモジュール300の充電が行われ得るようにする。
As described above, in the present invention, when the temperature of the
このような本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって、本発明の技術思想及び以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs, the technical idea of the present invention and the claims described below Of course, various modifications and variations are possible within the equivalent range.
100 コントローラ(Controller)
110 中央制御部
120 設定部
130 表示部
140 警報提供部
150 インバータ動作制御部
160 電源部
161 電源入力モジュール
161a AC INPUT電源入力
161b AC OUTPUT電源入力
161c インバータ電源入力
161d バッテリーモジュール電源入力
170 動作電源変換モジュール
180 BMS電源供給モジュール
190 メモリ部
200 インバータ(Inverter)
300 バッテリーモジュール
400 BMS(Battery Management System)
100 Controller (Controller)
DESCRIPTION OF
300
Claims (9)
外部から供給される電源を介して充電され、充電された電源を放電させて外部に出力するリチウム系列のバッテリーモジュールと、
外部から供給される交流電源を直流電源に変換して前記バッテリーモジュールを充電させ、前記バッテリーモジュールの放電時に前記バッテリーモジュールの電源を交流電源に変換して出力する充電及び放電機能を行うインバータと、
前記バッテリーモジュールの電圧、電流及び温度を測定して管理し、前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御するBMSと、
前記BMSのバッテリーモジュール充電及び放電動作の制御環境を設定し、前記BMSの制御信号に応じて前記インバータの動作を制御して前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御し、前記BMSに動作電源を供給して、前記BMSが前記バッテリーモジュールの電源を消耗させずに前記バッテリーモジュールを管理できるようにするコントローラと、
を含む、リチウムバッテリー保護システム。 A system that controls and protects the charging and discharging of a lithium battery in a low-temperature environment,
A lithium-based battery module that is charged via an externally supplied power source, discharges the charged power source, and outputs it externally;
An inverter that performs charging and discharging functions for converting AC power supplied from the outside to DC power to charge the battery module, converting the power of the battery module to AC power when discharging the battery module, and output
BMS for measuring and managing the voltage, current and temperature of the battery module and controlling the charging and discharging operations of the battery module;
The control environment of the battery module charging and discharging operation of the BMS is set, the operation of the inverter is controlled according to the control signal of the BMS, the charging and discharging operation of the battery module is controlled, and the operating power source is supplied to the BMS A controller that allows the BMS to manage the battery module without draining the power of the battery module;
Including lithium battery protection system.
前記バッテリーモジュールの温度が充電不可能な温度以下に低下する場合、前記コントローラに充電停止信号を伝送して前記バッテリーモジュールの充電が停止するようにし、設定された放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの放電を制御する信号を前記コントローラに伝送する、請求項1に記載のリチウムバッテリー保護システム。 The BMS measures the temperature of the battery module, and when the measured temperature is within a normal chargeable temperature range, charging and discharging of the battery module according to a set control environment of charging and discharging operation. A signal to control the controller to the controller,
When the temperature of the battery module falls below a temperature at which charging is not possible, a charging stop signal is transmitted to the controller so that charging of the battery module stops, according to the control environment of the set discharge operation, The lithium battery protection system according to claim 1, wherein a signal for controlling discharge of the battery module is transmitted to the controller.
前記バッテリーモジュールの充電は、パルス充電方式で低率充電を行うことによってバッテリーの損傷を防止する、請求項2に記載のリチウムバッテリー保護システム。 When the temperature of the battery module is located between a lower limit temperature at which normal charging is possible and a temperature at which the charging is not possible, the battery according to a set control environment for charging and discharging operations. Control module charging and discharging,
The lithium battery protection system according to claim 2, wherein charging of the battery module prevents damage to the battery by performing low rate charging using a pulse charging method.
前記充電が不可能な温度は−10℃に設定される、請求項2又は3に記載のリチウムバッテリー保護システム。 The normal chargeable temperature range of the battery module is set to 5 ° C to 40 ° C,
The lithium battery protection system according to claim 2 or 3, wherein the temperature at which charging is not possible is set to -10 ° C.
前記コントローラ及び前記BMSの動作環境を設定する設定部と、
前記コントローラ及び前記BMSの動作環境を表示する表示部と、
前記BMSを介して測定される前記バッテリーモジュールの状態が正常でない場合、正常でないことを外部に警告する警報提供部と、
前記BMSのバッテリーモジュール制御信号に応じて前記インバータの動作を制御するインバータ動作制御部と、
外部から電源が供給されて前記コントローラ及び前記BMSに動作電源を供給する電源部と、を備える、請求項1に記載のリチウムバッテリー保護システム。 The controller is
A setting unit for setting an operating environment of the controller and the BMS;
A display unit for displaying an operating environment of the controller and the BMS;
If the state of the battery module measured via the BMS is not normal, an alarm providing unit that warns the outside that it is not normal;
An inverter operation control unit for controlling the operation of the inverter according to the battery module control signal of the BMS;
The lithium battery protection system according to claim 1, further comprising: a power supply unit that is supplied with power from outside and supplies operating power to the controller and the BMS.
前記電源入力モジュールを介して入力される電源を前記コントローラ及び前記BMSで使用可能な電源に変換する動作電源変換モジュールと、
前記動作電源変換モジュールを介して変換された電源を前記BMSに動作電源として供給するBMS電源供給モジュールと、を備える、請求項6に記載のリチウムバッテリー保護システム。 The power supply unit includes a power input module to which power is input from the outside,
An operation power conversion module that converts a power input through the power input module into a power usable in the controller and the BMS;
The lithium battery protection system according to claim 6, further comprising: a BMS power supply module that supplies the BMS with the power converted through the operation power conversion module as an operation power.
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