KR100373240B1 - Apparatus for charging battery of electric vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for charging a battery pack of an electric vehicle is provided to prevent an unnecessary power consumption by performing an equalizing charging operation for a battery group having a low charging level. CONSTITUTION: An apparatus for charging a battery pack of an electric vehicle includes a battery pack(10), a charger(18), and a charge controller(20). The battery pack includes a plurality of battery groups which are serially connected to one another. A plurality of relay switches are used for performing selective switching operations to connect the battery groups to the charger or each battery group to the charger. A plurality of driving coils corresponding to the relay switches are connected to the charge controller. A plurality of temperature sensors(221-22n) are installed in the battery groups in order to be connected to the charge controller.

Description

전기자동차의 배터리 충전장치Battery charger of electric vehicle

본 발명은 전기자동차에 사용되는 배터리에 있어 장시간 사용으로 인해 방전된 배터리를 재충전하는 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 배터리 단체가 직렬연결되어 이루어진 배터리팩을 충전할때 충전량이 상대적으로 적은 배터리 단체에 대해서만 이퀄라이징 충전을 할 수 있도록 된 전기자동차의 배터리 충전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a charging device for recharging a battery discharged due to long time use in a battery used in an electric vehicle, and more particularly, the amount of charge when charging a battery pack consisting of a plurality of battery groups connected in series A battery charger in an electric vehicle that allows equalizing charging for only a small group of batteries.

일반적으로 자동차에는 초기 엔진시동시 스타터 모터의 구동을 위해 필요한 전원을 공급하거나 기타 전장품에 필요한 전류의 공급을 위해 배터리가 장착되어 있고, 또한 최근에는 자동차의 배기가스등에 의한 대기오염의 문제로 공해발생이 적은 전기자동차의 실용화에 많은 연구가 이루어지고 있는데, 특히 전기자동차에서는 모든 동력을 2차전지인 납축전지 즉 배터리로 부터 얻도록 되어 있다.In general, a vehicle is equipped with a battery for supplying the power required for driving the starter motor at the initial engine start-up, or for supplying the electric current required for other electronic components. Much research has been made on the practical use of this electric vehicle, and in particular, all electric power is to be obtained from a lead acid battery, that is, a battery.

이러한 배터리는 주행중 구동휠의 회전력을 역이용하여 발전을 한 후 다시 재충전시키면서 사용할 수 있도록 되어 있으며, 장시간 사용하거나 경우에 따라서는 차량을 사용하지 않고 장시간 방치하는 경우에도 자연적인 소모에 의해 과방전 되기도 한다.Such a battery can be used while regenerating power by reversing the rotational force of the driving wheel while driving, and may be over-discharged due to natural consumption even if it is used for a long time or in some cases without a vehicle for a long time. .

전기자동차에 있어 AC모터를 사용할 경우 도 1에 도시된 바와 같이 대략 25 내지 26개의 배터리 단체(BAT1∼ BATn)를 직렬로 연결하여서 이루어진 배터리팩(10)을 부하(12)에 연결하여 사용하게 되는데 , 이 경우 배터리 단체마다 초기에는 약간의 전압차가 있어도 충방전으로 인해 전기자동차에 무리를 주지 않는다.In the case of using an AC motor in an electric vehicle, as shown in FIG. 1, a battery pack 10 formed by connecting approximately 25 to 26 battery units BAT 1 to BAT n in series is used by connecting to a load 12. In this case, even if there is a slight voltage difference at the beginning of each battery group, charging and discharging does not burden the electric vehicle.

그러나 충방전 싸이클이 계속될 경우 배터리 단체간의 전압 차이는 증가하게 되어 결국에는 배터리의 페일을 초래하게 된다.However, if the charge / discharge cycle continues, the voltage difference between the groups of batteries increases, resulting in battery failure.

도 2는 배터리의 사용에 따른 충전레벨의 모델링을 나타내는 도면으로서, 예컨대 빗금친 부분이 충전레벨이라 했을때 배터리 단체(BAT1)에 비해 배터리 단체(BAT2)의 충전레벨이 낮고 또다른 배터리단체(BATn)도 이들 배터리단체들과는 충전레벨에 차이가 있음을 나타낸다.2 is a view showing the modeling of the charge level according to the use of the battery, for example, when the hatched portion is the charge level, the charge level of the battery unit BAT 2 is lower than that of the battery unit BAT 1 and another battery unit (BAT n ) also indicates a difference in charge level from these battery groups.

이와 같이 배터리팩(10)을 장시간 사용하게 되면 그를 구성하고 있는 배터리 단체들간의 충전레벨에 차이가 발생하게 되며, 종래에는 이러한 것을 방지하기 위하여 예컨대 1달에 1회 내지 2회 주기적으로 이퀄라이징 충전을 해 주게 된다. 이러한 이퀄라이징 충전은 각 배터리 단체마다 충전 레벨이 다르므로 아주 낮은 전류로 오랜 동안 충전하여 배터리 단체 사이의 전압차이를 없애 주는 작업이다. 미설명된 충전스위치(17)는 배터리팩(10)에 충전전원의 공급여부를 선택하는 스위치이다.As such, when the battery pack 10 is used for a long time, a difference occurs in the charge level between the battery units constituting the battery pack 10. In order to prevent such a problem, the equalizing charge is periodically performed once or twice a month. Will be done. The equalizing charge is a task to eliminate the voltage difference between the battery groups by charging for a long time with a very low current because the charge level is different for each battery group. The non-described charging switch 17 is a switch for selecting whether to supply charging power to the battery pack 10.

그리하여 다수의 배터리 단체(BAT1∼ BATn)가 직렬로 연결되어 이루어진 배터리팩(10)을 충전기(14)를 통해 충전하는 경우 각 배터리 단체마다 직렬로 전류가 흐르게 되므로 배터리 단체(BAT2)의 충전레벨을 배터리 단체(BAT1)의 충전레벨과 동일하게 맞출려고 하면 배터리 단체(BAT2)가 적정레벨에 도달할 때까지 배터리 단체(BAT1)에는 과충전을 해야 하는데, 이때 배터리 단체(BAT1)에 과충전된 에너지는 열로써 소모됨으로써 불필요한 전력의 낭비가 발생될 뿐만 아니라 그러한 배터리 단체의 수명이 단축됨에 따라 전체적인 배터리팩의 수명도 단축되어지는 문제점이 발생된다.Thus, when charging the battery pack 10 formed by connecting a plurality of battery units (BAT 1 to BAT n ) in series through the charger 14, a current flows in series for each battery unit so that the battery unit (BAT 2 ) when the charge level try to fit in the same manner as in the charge level of the battery groups (BAT 1) to until the battery groups (BAT 2) reaches an appropriate level should be, the overcharging battery groups (BAT 1), wherein the battery groups (BAT 1 The overcharged energy is consumed as heat, causing unnecessary waste of power and shortening the life of the battery assembly, which also shortens the life of the entire battery pack.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 충전을 하는 동안에 배터리팩을 이루고 있는 각 배터리 단체별로 온도를 측정하여 과충전되고 있는지 여부를 판단하여 과충전되는 배터리 단체의 충전을 종료하고 충전이 덜된 배터리 단체만을 각각 개별적으로 재충전하도록 함으로써 효율적으로 이퀄라이징 충전을 할 수 있도록 된 전기자동차의 배터리 충전장치를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and during charging, by measuring the temperature of each battery group constituting the battery pack to determine whether it is being overcharged to terminate the charging of the overcharged battery unit and the battery is less charged An object of the present invention is to provide a battery charging device for an electric vehicle that enables efficient equalizing charging by individually recharging only a group.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은 여러개의 배터리 단체로 이루어진 전기자동차의 배터리팩에 있어, 충전용 전원으로써 배터리팩 전체를 대상으로 한꺼번에 충전할 수 있는 전압을 공급하는 고압충전수단과 배터리 단체별 충전전압을 공급하는 저압충전수단을 구비하고 있는 충전수단과, 충전중에 배터리 단체별로 내부온도를 검출하는 수단, 상기 충전수단에 각 배터리 단체가 직렬로 연결되도록 하거나 또는 단일 배터리 단체별로 연결되도록 선택적으로 스위칭되는 스위칭수단, 상기 배터리 단체 온도감지수단으로 부터의 감지신호에 따라 상기 스위칭수단의 스위칭접점을 변경시키는 충전제어수단을 구비하여 이루어진 것이다.The present invention for realizing the above object in the battery pack of an electric vehicle consisting of a plurality of battery, the high-pressure charging means for supplying a voltage that can be charged at a time to the entire battery pack as a charging power source and charging by battery unit A charging means having a low voltage charging means for supplying a voltage, means for detecting an internal temperature for each battery unit during charging, selectively switching each battery unit to be connected to the charging unit in series, or to a single battery unit And switching control means for changing the switching contact point of the switching means in accordance with a detection signal from the battery unit temperature sensing means.

도 1은 전기자동차에 사용되는 배터리팩이 다수의 배터리가 직렬연결되어 이루어짐을 설명하기 위한 도면,1 is a view illustrating a battery pack used in an electric vehicle in which a plurality of batteries are connected in series;

도 2는 배터리의 사용에 따른 충전레벨의 모델링을 나타내는 도면,2 is a diagram illustrating modeling of a charge level according to use of a battery;

도 3은 본 발명에 따른 충전장치의 구성도,3 is a block diagram of a charging device according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 이퀄라이징 충전의 실시예이다.4 is an embodiment of an equalizing charge according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 - 배터리팩, 12 - 부하,10-battery pack, 12-load,

14 - 충전기, 16 - 충전스위치,14-charger, 16-charging switch,

18a - 고압충전기, 18b - 저압충전기,18a-high voltage charger, 18b-low voltage charger,

20 - 충전제어기, 221∼22n- 온도센서,20-charge controller, 22 1 ~22 n-temperature sensor,

BAT1∼BATn- 배터리 단체.BAT 1- BAT n -battery unit.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용효과를 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter will be described in detail with reference to the configuration and action effects for the preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 복수 개의 배터리 단체(BAT1∼BATn)가 직렬로 연결되어 이루어진 배터리팩(10)을 충전시키는 전기자동차의 배터리 충전장치에 있어서, 상기 각 배터리 단체(BAT1∼BATn)가 전체적으로 직렬로 연결되어 충전용 전원을 공급하는 충전기(18)에 연결되도록 하거나 또는 상기 배터리 단체(BAT1∼BATn)가 단일 배터리 단체별로 충전기(18)에 연결되도록 선택적으로 스위칭되는 각 릴레이스위치(RYs1∼RYsn)가 각 배터리 단체(BAT1∼BATn)마다 연결되고, 상기 릴레이스위치(RYs1∼RYsn)에 대응되는 각 구동코일(RYL1∼RYLn)은 충전제어기(20)에 연결되며, 상기 배터리 단체(BAT1∼BATn)에는 그의 내부온도를 감지하는 온도센서(221∼22n)가 설치되어 상기 충전제어기(20)에 연결된 구조로 되어 있다.The present invention provides a battery charging apparatus for an electric vehicle that charges a battery pack 10 in which a plurality of battery units BAT 1 to BAT n are connected in series, wherein each of the battery units BAT 1 to BAT n is entirely. Each relay switch RY selectively connected to be connected to the charger 18 to supply the charging power connected in series, or to selectively connect the battery units BAT 1 to BAT n to the charger 18 by a single battery unit. s1 to RY sn are connected to each battery unit BAT 1 to BAT n , and each driving coil RY L1 to RY Ln corresponding to the relay switch RY s1 to RY sn is connected to the charging controller 20. The battery unit BAT 1 to BAT n has a structure in which a temperature sensor 22 1 to 22 n for detecting an internal temperature thereof is installed and connected to the charge controller 20.

또한 상기 충전기(18)는 배터리 단체(BAT1∼BATn) 전체가 직렬로 연결될때 충전전압을 공급하는 고압충전기(18a)와 배터리 단체(BAT1∼BATn)별로 충전전압을 공급할 수 있는 저압충전기(18b)로 이루어진 것이다.In addition, the charger 18 has a low voltage capable of supplying a charging voltage for each of the high-voltage charger 18a and the battery unit BAT 1 to BAT n that supply the charging voltage when the whole battery units BAT 1 to BAT n are connected in series. It is made of a charger (18b).

도 3은 본 발명에 따른 충전장치의 구성도를 도시한 것이다.3 is a block diagram of a charging device according to the present invention.

배터리 단체(BAT1∼BATn)마다 대응되어 연결되어 있는 릴레이스위치(RYs1∼RYsn)는 모든 배터리 단체(BAT1∼BATn)를 직렬로 연결시켜 충전기(18)에 연결되도록 하거나 또는 그중 이퀄라이징 충전을 시키기 위한 어나 하나의 배터리 단체만이 충전기(18)에 연결되도록 스위칭되어진다.Connect the battery groups (BAT ~BAT n 1) relay switch (RY s1 ~RY sn), which is connected to each corresponding battery is all groups (BAT 1 ~BAT n) in series to be connected to a charger (18), or which Only one battery unit for equalizing charging is switched to connect to the charger 18.

이때의 스위칭은 충전제어기(20)의 제어에 의하여 이루어지게 되는 바, 충전제어기(20)는 배터리 단체(BAT1∼BATn)마다 설치되어 있는 온도센서(221∼22n)로 부터의 감지신호에 따라 전체적인 배터리팩(10)에 대한 충전이 종료된 것으로 판단되면 충전도중에 충전레벨이 낮은 배터리 단체를 파악하고 있다가 이때부터 개별충전에 의한 이퀄라이징 충전을 하기 위하여 릴레이 구동코일(RYL1∼RYLn)의 구동을 제어하여 개별적으로 스위칭시키게 된다.Switching at this time is detected from the bar that would be achieved by control of the charging controller 20, a charging controller 20 is a temperature sensor (22 1 ~22 n) which are provided for each battery group (BAT 1 ~BAT n) When it is determined that the charging of the entire battery pack 10 is terminated according to the signal, the battery group having a low charge level is identified during charging, and from this time, the relay drive coils RY L1 to RY for equalizing charging by individual charging. Ln ) is controlled to switch individually.

배터리팩(10)에 충전전원을 공급하는 충전기(18)는 배터리 단체(BAT1∼BATn) 전체가 직렬로 연결될때 충전전압을 공급하기 위한 고압충전기(18a)와 배터리 단체(BAT1∼BATn)별로 충전전압을 공급하기 위한 저압충전기(18b)로 이루어져 있는데, 이는 배터리팩(10)의 전반적인 충전전압이 낮아 배터리팩(10)을 재충전할때에는 고압충전기(18a)를 이용하여 충전을 시키기 위한 것으로서 이때에는 모든 배터리 단체(BAT1∼BATn)들이 직렬로 연결되어 있는 상태이고, 또한 배터리팩(10) 전체에 대한 충전이 종료된후 충전레벨이 상대적으로 낮은 배터리 단체를 이컬라이징 충전시킬 때에는 저압충전기(18b)를 이용하여 충전을 시키기 위한 것으로서 이때에는 배터리 단체(BAT1∼BATn)중 충전제어기(20)에 의해 이퀄라이징 충전이 요하는 것으로 판단되는 배터리 단체만 개별적으로 저압충전기(18b)에 연결시켜 충전시키기 위한 것이다.The charger 18 for supplying charging power to the battery pack 10 includes a high-voltage charger 18a and a battery unit BAT 1 to BAT for supplying a charging voltage when all of the battery units BAT 1 to BAT n are connected in series. n ) is composed of a low-voltage charger (18b) for supplying a charging voltage for each, which is to charge by using a high-voltage charger (18a) when recharging the battery pack 10 because the overall charging voltage of the battery pack 10 is low. In this case, all of the battery units BAT 1 to BAT n are connected in series, and after charging of the entire battery pack 10 is terminated, the battery unit having a relatively low charge level is equalized. At this time, the low voltage charger 18b is used to charge the battery. At this time, only the battery unit determined to be equalized by the charge controller 20 among the battery units BAT 1 to BAT n is required. Individually connected to the low-voltage charger (18b) for charging.

저압충전기(18b)는 현재 사용되는 배터리 단체들의 정격전압이 12V이므로 배터리 단체들에 12V의 전압을 공급할 수 있는 충전기이다.The low voltage charger 18b is a charger capable of supplying a voltage of 12V to the battery units because the rated voltage of the currently used battery units is 12V.

도 4는 본 발명에 따른 이퀄라이징 충전의 일실시예를 나타내는 도면으로서, 설명을 간단하게 하기 위하여 일례로 4개의 배터리 단체로 이루어진 배터리팩에 대한 이퀄라이징 충전을 설명하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of equalizing charging according to the present invention. For the sake of simplicity, FIG. 4 illustrates equalizing charging of a battery pack including four battery units.

도시된 바와 같이 배터리 단체(BAT1,BAT2,BAT4)는 초기 고압충전기(18a)에 의한 충전시 적정레벨까지 충전된 상태이고 배터리 단체(BAT3)는 상대적으로 충전레벨이 낮아 고압충전기(18a)에 의한 전체적인 충전이후에 충전제어기(20)의 작용에 따라 다른 배터리 단체(BAT1,BAT2,BAT4)와 동일 레벨로 맞춰주기 위한 이퀄라이징 충전이 실시된다.As shown, the battery unit BAT 1 , BAT 2 , BAT 4 is charged to an appropriate level when charged by the initial high-voltage charger 18a, and the battery unit BAT 3 has a relatively low charge level. After the entire charging by 18a), equalizing charging is performed to match the same level with other battery units BAT 1 , BAT 2 , and BAT 4 according to the action of the charge controller 20.

이때 충전제어기(20)는 배터리 단체(BAT1,BAT2,BAT4)에 연결되어 있는 릴레이스위치(RYs1,RYs2,RYs4)의 스위칭을 제어하여 충전기(18)에서 공급되는 전원이 각 배터리 단체(BAT1,BAT2,BAT4)에 공급되지 않고 통과되도록 하면서 릴레이스위치(RYs3)만 배터리 단체(BAT3)측에 연결시켜 충전전원을 공급할 수 있도록 제어한다.At this time, the charge controller 20 controls the switching of the relay switch (RY s 1 , RY s 2 , RY s 4 ) connected to the battery unit BAT 1 , BAT 2 , BAT 4 so that the power supplied from the charger 18 is reduced. The relay switch (RY s3 ) is connected to the battery assembly (BAT 3 ) side to supply charging power while passing through the battery assembly (BAT 1 , BAT 2 , BAT 4 ).

그에 따라 전체적인 충전시 상태적으로 충전레벨이 낮은 배터리 단체라 하더라도 개별적인 이퀄라이징 충전에 의하여 타 배터리 단체와 동일 레벨로 맞춰줄 수 있는 것이다.Accordingly, even if the battery group with a low level of charge during the overall charging state can be set to the same level as other battery groups by individual equalizing charge.

상기한 바와 같이 본 발명은 다수개의 배터리 단체가 직렬로 연결되어 이루어진 배터리팩을 충전함에 있어서, 주행중 각 배터리 단체별 온도를 감지하여 충전레벨의 차이를 감지하고 그에 따라 이퀄라이징 충전이 필요한 배터리 단체를 인지하고 있다가 충전지 전체적인 충전이후에 해당 배터리 단체를 개별적으로 이퀄라이징 충전을 함으로써 과충전이 발생되지 않아 불필요한 전력소모가 방지되는 장점이 있고, 그에 따라 배터리팩의 수명이 연장되는 효과가 있다.As described above, in the present invention, in charging a battery pack in which a plurality of battery groups are connected in series, the temperature of each battery group is sensed while driving to detect a difference in charge level, thereby recognizing a battery group requiring equalizing charging. Then, after the entire charging of the rechargeable battery, the equalized charging of the respective battery groups is individually performed, thereby preventing overcharging and unnecessary power consumption, thereby extending the life of the battery pack.

Claims (2)

복수 개의 배터리 단체(BAT1∼BATn)가 직렬로 연결되어 이루어진 배터리팩(10)을 충전시키는 전기자동차의 배터리 충전장치에 있어서, 상기 각 배터리 단체(BAT1∼BATn)가 전체적으로 직렬로 연결되어 충전용 전원을 공급하는 충전기(18)에 연결되도록 하거나 또는 상기 배터리 단체(BAT1∼BATn)가 단일 배터리 단체별로 충전기(18)에 연결되도록 선택적으로 스위칭되는 각 릴레이스위치(RYs1∼RYsn)가 각 배터리 단체(BAT1∼BATn)마다 연결되고, 상기 릴레이스위치(RYs1∼RYsn)에 대응되는 각 구동코일(RYL1∼RYLn)은 충전제어기(20)에 연결되며, 상기 배터리 단체(BAT1∼BATn)에는 그의 내부온도를 감지하는 온도센서(221∼22n)가 설치되어 상기 충전제어기(20)에 연결된 전기자동차의 배터리 충전장치.In the battery charging apparatus for an electric vehicle that charges the battery pack 10 formed by connecting a plurality of battery units BAT 1 to BAT n in series, the respective battery units BAT 1 to BAT n are entirely connected in series. Each of the relay switches RY s1 to RY which are selectively switched to be connected to the charger 18 for supplying charging power or that the battery units BAT 1 to BAT n are connected to the charger 18 for each single battery unit. sn ) is connected to each battery unit BAT 1 to BAT n , and each driving coil RY L1 to RY Ln corresponding to the relay switches RY s 1 to RY sn is connected to the charging controller 20. said battery groups (BAT 1 ~BAT n) has temperature sensors (22 1 ~22 n) is installed, the battery charging apparatus for an electric vehicle connected to the charging controller 20 for sensing the temperature inside his. 제 1 항에 있어서, 상기 충전기(18)는 배터리 단체(BAT1∼BATn) 전체가 직렬로 연결될때 충전전압을 공급하는 고압충전기(18a)와 배터리 단체(BAT1∼BATn)별로 충전전압을 공급할 수 있는 저압충전기(18b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전장치.According to claim 1, wherein the charger 18 is charged by the high-voltage charger (18a) and the battery unit (BAT 1 ~ BAT n ) for supplying a charge voltage when the whole battery (BAT 1 ~ BAT n ) is connected in series. Battery charging device for an electric vehicle, characterized in that consisting of a low-voltage charger (18b) that can supply.
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