KR100680854B1 - Control equipment of charge/discharge with balancing function of battery cell and method to establish condition of using of optimun battery module using the same - Google Patents

Control equipment of charge/discharge with balancing function of battery cell and method to establish condition of using of optimun battery module using the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 대용량 배터리를 최적의 설정 조건상태로 충·방전이 이루어질 수 있도록 각 배터리 셀의 발란싱 과정을 수행하여 배터리의 성능을 극대화되게 한 것이다.The present invention is to maximize the performance of the battery by performing a balancing process of each battery cell so that the high-capacity battery can be charged and discharged in the optimum setting condition.

센싱수단과 온도측정수단을 통해 전송된 신호값을 통해 최적의 상태에서 충·방전이 종료되게 하고, 발란싱수단에 제어신호를 인가하여 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 해당 회로소자를 제어하는 제어수단; 충·방전단자를 형성하여 충·방전 제어트랜지스터(Q1,Q2)를 제어하는 충·방전 제어수단; 센싱저항(Rs)으로부터 유입되는 전류 및 전압값을 모니터링하면서 제어수단 및 충·방전 제어수단에 종료 시점을 출력하는 센싱수단; 부하에 발생하는 전압을 센싱수단을 출력하는 센싱저항(Rs); 각 배터리 셀의 온도를 감지하여 제어수단에 출력하는 온도 측정수단; 배터리 모듈의 각 배터리 셀과 회로적으로 연결하여 상기 제어수단에서 인가된 제어 전압을 통해 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지되도록 발란싱 처리하는 발란싱수단;의 결합으로 구성되는 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충·방전 제어장치에 관한 것이다.Through the signal values transmitted through the sensing means and the temperature measuring means, the charging and discharging is terminated in an optimal state, and the corresponding circuit elements are controlled to maintain the same voltage of each battery cell by applying a control signal to the balancing means. Control means; Charge / discharge control means for forming charge / discharge terminals to control charge / discharge control transistors Q1 and Q2; Sensing means for outputting an end point to the control means and the charge / discharge control means while monitoring the current and voltage values flowing from the sensing resistor Rs; Sensing resistor (Rs) for outputting the sensing means for the voltage generated in the load; Temperature measuring means for sensing the temperature of each battery cell and outputting it to the control means; A battery cell balancing function configured by a combination of a balancing means connected to each battery cell of a battery module to be balanced to maintain the same voltage of each battery cell through a control voltage applied from the control means; It relates to a discharge control device.

충전, 방전, 발란싱, 배터리셀, 배터리 모듈, 배터리 관리장치Charge, Discharge, Balancing, Battery Cell, Battery Module, Battery Management Device

Description

배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충·방전 제어장치 및 이를 이용한 최적의 배터리 모듈 사용조건의 설정방법{Control equipment of charge/discharge with balancing function of battery cell and method to establish condition of using of optimun battery module using the same}Control equipment of charge / discharge with balancing function of battery cell and method to establish condition of using of optimun battery module using the same }

도1은 종래의 배터리 모듈 시험장치의 내부 구성도1 is a block diagram of a conventional battery module test apparatus

도2는 본 발명에 적용되는 배터리 충·방전 제어장치의 내부 구성도Figure 2 is an internal configuration of the battery charge / discharge control apparatus applied to the present invention

도3은 본 발명에 적용되는 배터리 충·방전 제어수단의 내부 구성도Figure 3 is an internal configuration of the battery charge and discharge control means applied to the present invention

도4는 본 발명에 적용되는 배터리 충·방전 제어장치에 의해 충·방전되는 전압, 전류 특성을 도시한 그래프Figure 4 is a graph showing the voltage and current characteristics to be charged and discharged by the battery charge / discharge control apparatus applied to the present invention

도5는 본 발명에 적용되는 배터리 충·방전 제어장치에 의한 펄스 충전, 펄스 방전 전류의 파형을 도시한 그래프5 is a graph showing waveforms of pulse charge and pulse discharge current by the battery charge / discharge control device applied to the present invention.

도6은 본 발명에 적용되는 배터리 충·방전 제어장치에 의한 펄스 파워의 특성을 도시한 그래프Figure 6 is a graph showing the characteristics of the pulse power by the battery charge / discharge control apparatus applied to the present invention

도7은 본 발명에 적용되는 하이브리드 자동차용 배터리의 동작 기준점을 선정하는 방법을 도시한 그래프7 is a graph illustrating a method of selecting an operation reference point of a hybrid vehicle battery applied to the present invention.

도8은 본 발명에 적용되는 배터리 셀 발란싱 수단의 내부 구성도8 is an internal configuration diagram of a battery cell balancing means applied to the present invention;

*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *

10. 제어수단 20. 충·방전 제어수단10. Control means 20. Charge and discharge control means

21. D/A 컨버터부(A) 22. D/A 컨버터부(B)21.D / A converter section (A) 22.D / A converter section (B)

23. 비교기1 24. 비교기223. Comparator 1 24. Comparator 2

25. 비교기3 26. 충전단자(C)25. Comparator 3 26. Charging terminal (C)

27. 방전단자(D) 30. 발란싱수단27. Discharge terminal (D) 30. Balancing means

31. 입력단자 32. 비교기431.Input terminal 32.Comparator 4

33. 비교기5 34. 비교기633. Comparator 5 34. Comparator 6

35. 비교기7 36. 비교기835.Comparator 7 36.Comparator 8

40. 센싱수단 50. 센싱저항40. Sensing means 50. Sensing resistance

60. 온도 측정수단 70. 전원부60. Temperature measuring means 70. Power supply

Q1,Q2 : 충·방전 제어트랜지스터Q1, Q2: Charge / discharge control transistor

Q3,Q4,Q5,Q6,Q7 : 발란싱 제어트랜지스터Q3, Q4, Q5, Q6, Q7: Balancing Control Transistor

* 명세서 설명에 사용하는 용어의 정의* Definition of terms used to describe the specification

1) 셀 :한 개의 단위 전지1) Cell: One unit cell

2) 배터리 :복수의 셀을 직렬, 병렬, 혹은 직병렬로 연결한 것2) Battery: A plurality of cells connected in series, in parallel, or in parallel

3) 배터리 모듈 :배터리에 보호회로부나 관리회로부가 연결된 것3) Battery module: The protection circuit or management circuit is connected to the battery.

4) 배터리시스템 :배터리 모듈을 내장하고, 기타 기구물을 부가하여 기기에 장착하여 사용할 수 있는 상태로 만든 것.4) Battery system: Built in battery module, and other equipment added to the device to make it ready for use.

5) 배터리 관리 시스템 (BMS) : Battery Management System의 약어로 배터리 시스템을 총괄 관리하여 배터리 현상태를 모니터링하고, 그 정보를 사용자에게 전 달하는 시스템으로 전기자동차나 하이브리드 전기자동차의 주요 전자 시스템의 하나다.5) Battery Management System (BMS): An abbreviation for Battery Management System, which manages the battery system to monitor battery status and delivers the information to users. It is one of the major electronic systems of electric and hybrid electric vehicles.

본 발명은 배터리의 충·방전 제어장치 및 이를 이용한 배터리 셀의 발란싱 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 전동공구 등에 사용되는 대용량 배터리의 충·방전시, 최적의 설정 조건상태로 충·방전이 이루어질 수 있도록 하며, 직·병렬로 연결된 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 셀 발란싱 과정을 수행하여 배터리의 성능을 극대화되게 하는 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충.방전 제어장치 및 이를 이용한 최적의 배터리 모듈 사용조건의 설정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a charging and discharging control device of a battery and a balancing method of a battery cell using the same, and more particularly, when charging and discharging large-capacity batteries used in electric vehicles, hybrid electric vehicles, power tools, and the like, optimal setting conditions Charge / discharge control with battery cell balancing function that maximizes battery performance by performing cell balancing process to maintain the same voltage of each battery cell connected in parallel and parallel. The present invention relates to a device and a method for setting an optimal battery module use condition using the same.

일반적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등 모터 구동용 배터리는 수 십킬로와트 정도의 대용량 전력을 발생하기 위해서는 수 십볼트(Volt), 수 백암페어(Ampere) 정도의 대용량 배터리가 필요한데, 이를 위해서는 단일 배터리 셀을 직병렬로 연결하여 하나의 배터리 모듈을 형성하여 사용해야 한다.Generally, motor-driven batteries such as electric vehicles and hybrid electric vehicles require large-capacity batteries of several tens of volts and several hundred amperes to generate a large amount of power of tens of kilowatts. Must be connected in series to form one battery module.

상기 배터리 모듈은 해당 기기에 장착하기 전에 배터리 셀간의 전압 불균형(unbalance)을 보정해야 하는데, 실제 사용할 기기에 배터리 모듈 시스템을 장착하여 기기의 부하특성을 여러가지로 인가하면서 최적의 보정 데이터를 산출한 후, 기기 내에 장착된 배터리 관리 시스템(BMS)에 저장하여 최적 상태로 배터리를 관리하 여 기기를 동작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The battery module should correct the voltage unbalance between the battery cells before mounting it on the device. After the battery module system is mounted on the device to be actually used, the optimum correction data is calculated while applying various load characteristics of the device. It is desirable to store the battery in a battery management system (BMS) installed in the device so that the device can be operated in an optimal state.

종래의 노트북 PC용 배터리에 내장되는 스마트 보드는 배터리에 대한 전체적인 상태를 모니터링하여 배터리가 과충전이나 과방전 상태가 되거나 설정된 온도를 초과할 때 충전 혹은 방전을 중지하여 배터리를 보호하거나, 배터리잔량을 기기의 중앙처리장치(CPU)로 알려 주는 기능을 하고있다.Smart boards embedded in batteries for conventional notebook PCs monitor the overall status of the battery and protect the battery by stopping charging or discharging when the battery becomes overcharged or overdischarged or exceeds a set temperature, It tells the central processing unit (CPU).

전기자동차나 하이브리드 전기자동차에 장착되어 있는 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리의 여러 가지 상태를 모니터링하여, 배터리의 온도, 주변온도, 충전상태, 방전상태 등에 따라 배터리 보호를 위한 제어뿐만이 아니라 기기의 운전자(OPERATOR)에게 배터리 상태를 알려주고, 배터리를 적정상태로 운전하게 관리하는 는 기능을 갖고 있다. 그러나 이 배터리관리시스템은 정보를 상위 제어기에 통지하는 기능만을 수행할 뿐이고 배터리 모듈이 가진 여러 가지 특성을 시험 분석하여 최적 사용조건을 찾아내는 기능은 없다.The battery management system (BMS) installed in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle monitors various states of the battery, and not only controls the battery according to the battery's temperature, ambient temperature, charge state, and discharge state, but also the driver of the device. It has a function to inform the operator of the battery status and manage the battery to operate properly. However, the battery management system only performs the function of notifying the host controller of the information, and does not have the function of testing and analyzing various characteristics of the battery module to find the optimum use condition.

종래의 배터리 충·방전 테스트장치는 도1에 도시된 바와 같이 배터리에 충전 및 방전 진행 과정시, 센싱수단을 통해 읽어 들이는 배터리의 단자 전압과 충·방전 전류는 제어부로 전달되고, 랜을 통해 운영 PC로 전송되어 저장된 후, 모니터상에 출력되게 하여 배터리의 충전, 방전 곡선을 그려보거나 충전 과정을 분석함으로써, 배터리의 정상 혹은 비정상 여부를 판별할 수 있도록 한다.In the conventional battery charge / discharge test apparatus, as shown in FIG. 1, when the battery is charged and discharged, the terminal voltage and the charge / discharge current of the battery, which are read through the sensing means, are transferred to the controller, and the LAN is connected to the controller. After being transmitted to the operating PC and stored, it is output on the monitor to draw a charge and discharge curve of the battery or to analyze the charging process, thereby determining whether the battery is normal or abnormal.

상기 종래의 배터리 충·방전 테스트장치는 휴대폰용 배터리나 노트북용 배터리 자체의 기능 평가를 위한 시험장비로서, 배터리 모듈의 최적 설정 조건을 찾아내어 설정된 조건 값을 해당 기기의 배터리 관리 시스템에 저장하고, 배터리 모 듈의 최대 성능을 발휘하게 하거나 수명을 연장시켜 주는 작업을 진행하기에는 기술적으로 불가능하므로 배터리가 기기에 장착되기 전, 배터리에 대한 충·방전 및 셀 발란싱을 실행해 본 후, 최적의 설정된 조건 값을 산출할 수 있도록 하여야 한다.The conventional battery charge / discharge test apparatus is a test equipment for evaluating the function of a battery for a mobile phone or a notebook battery itself, finds an optimum setting condition of a battery module, and stores the set condition value in a battery management system of the corresponding device. Since it is technically impossible to perform the operation to maximize the performance of the battery module or extend the life of the battery module, it is necessary to perform the charging / discharging and cell balancing of the battery before the battery is installed in the device. It should be possible to calculate the value.

따라서 배터리에 의해 구동되는 기기에 내장되는 배터리 모듈을 장착하기 전에 실제 기기와 유사한 부하를 인가하여 배터리 모듈의 충전 혹은 방전전압의 불균형을 보정하고, 사용시 최적의 배터리 상태 설정 값을 산출한 후, 상기 배터리 관리 시스템에 최적 배터리 정보를 제공할 수 있도록 함으로써, 배터리의 수명을 연장하고, 최적의 상태에서 기기를 작동할 수 있도록 하는 장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.Therefore, before mounting the battery module embedded in the device driven by the battery, by applying a load similar to the actual device to correct the imbalance of the charging or discharging voltage of the battery module, after calculating the optimum battery state setting value in use, By providing optimum battery information to battery management systems, there is a need for a device that can extend the life of the battery and allow the device to operate in an optimal state.

본 발명은 상기의 종래 기술적인 한계를 극복하기 위해 안출된 것으로, 소프트웨어적으로 제어 가능한 다양한 유사부하장치를 내장하여 배터리 모듈의 부하를 시뮬레이션할 수 있도록 함으로써, 배터리를 사용하여 구동되는 기기에 내장된 배터리 관리 시스템에서 필요로 하는 배터리 모듈의 최적 설정상태를 산출하여 제공할 수 있도록 하여, 배터리 모듈의 최대 성능을 극대화하고 배터리의 수명을 연장시켜 배터리 모듈의 효용성을 향상시키도록 하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-mentioned prior art limitations, and by embedding various similar load devices that can be controlled in software, it is possible to simulate the load of the battery module. The purpose of the present invention is to calculate and provide an optimal setting state of the battery module required by the battery management system, thereby maximizing the maximum performance of the battery module and extending the life of the battery to improve the utility of the battery module.

상기의 목적을 달성하기 위하여 배터리 충·방전 테스트 장치를 구성함에 있어서, 충·방전 제어수단에 제어신호를 인가하여 배터리 모듈에 최적의 설정 상태로 충·방전이 이루어지게 하되, 센싱수단과 온도측정수단을 통해 전송된 신호값을 통해 최적의 상태에서 충·방전이 종료되게 하고, 발란싱수단에 제어신호를 인가하여 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 해당 회로소자를 제어하는 제어수단; 상기 제어수단의 제어를 받아 전원부에서 공급되는 전원에 대해 일정량의 전류 및 전압의 전원으로 유지하여 배터리 모듈에 공급되도록 충·방전단자를 형성하여 충·방전 제어트랜지스터(Q1,Q2)를 제어하는 충·방전 제어수단; 센싱저항(Rs)으로부터 유입되는 전류 및 전압값을 모니터링하면서 충·방전 종료 조건에 도달하면, 상기 제어수단 및 충·방전 제어수단에 종료 시점을 출력하는 센싱수단; 상기 충·방전 제어수단을 통해 배터리 모듈에 충·방전 작용시, 부하에 발생하는 전압을 센싱수단을 출력하는 센싱저항(Rs); 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 표면에 부착된 온도센서와 각각 연결되는 입력단자를 형성하여 각 배터리 셀의 온도를 감지하여 제어수단에 출력하는 온도 측정수단; 배터리 모듈의 각 배터리 셀과 회로적으로 연결하여 상기 제어수단에서 인가된 제어 전압을 통해 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지되도록 발란싱 처리하는 발란싱수단;의 결합으로 구성되는 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충·방전 제어장치를 구현하고자 한 것이다.In order to achieve the above object, in configuring a battery charge / discharge test apparatus, a control signal is applied to the charge / discharge control unit so that the battery module can be charged and discharged in an optimal setting state, but the sensing means and the temperature measurement are performed. Control means for controlling charging and discharging in an optimum state through a signal value transmitted through the means, and controlling a corresponding circuit element to maintain a voltage of each battery cell by applying a control signal to the balancing means; The charging and discharging control transistors Q1 and Q2 are controlled by forming charging and discharging terminals to be supplied to the battery module by maintaining the power of a certain amount of current and voltage with respect to the power supplied from the power supply unit under the control of the control means. Discharge control means; Sensing means for outputting an end time point to the control means and the charge / discharge control means when the end condition of charging and discharging is reached while monitoring current and voltage values flowing from the sensing resistor Rs; A sensing resistor (Rs) for outputting a sensing means for sensing a voltage generated at a load when the battery module is charged and discharged through the charge and discharge control means; Temperature measuring means for forming an input terminal respectively connected to a temperature sensor attached to a surface of each battery cell of the battery module to sense a temperature of each battery cell and output the same to a control means; A battery cell balancing function configured by a combination of a balancing means connected to each battery cell of a battery module to be balanced to maintain the same voltage of each battery cell through a control voltage applied from the control means; To implement a discharge control device.

또 본 발명은 배터리 충·방전 테스트 장치를 이용하여 배터리를 충·방전하는 방법에 있어서, 배터리 모듈의 충전시, 각 배터리 셀의 충전 전압을 감지하여 제어수단으로 전송하는 단계; 상기 제어수단은 각 배터리 셀의 전압 크기를 분석한 후, 가장 낮은 전압을 기준 전압으로 설정하여 각 배터리 셀의 전압을 기준 전압으로 낮추기 위한 제어 전압을 발란싱수단에 인가하는 단계; 각 베터리 셀의 충전 전압이 기준 전압과 일치하면, 해당 제어 트랜지스터를 OFF 시키도록 제어하는 단계; 각 배터리 셀의 충전 전압이 기준 전압보다 높으면, 제어 전압을 해당 비교기의 비반전단자(+)에 입력하여 제어 트랜지스터를 적당한 아날로그량으로 ON 시켜 기준 전압으로 다운시키도록 제어하여 각 배터리 셀의 충전 전압을 기준 전압으로 발란싱 하는 단계;로 이루어지는 배터리 충·방전 테스트 장치를 이용한 최적의 배터리모듈 사용조건을 설정하는 방법을 구현하고자 한 것이다.In another aspect, the present invention provides a method for charging and discharging a battery using a battery charge / discharge test apparatus, the method comprising: detecting a charging voltage of each battery cell and transmitting it to a control means when the battery module is charged; The control means analyzes the voltage level of each battery cell, and then sets the lowest voltage as the reference voltage and applies a control voltage to the balancing means for lowering the voltage of each battery cell to the reference voltage; If the charging voltage of each battery cell matches the reference voltage, controlling to turn off the corresponding control transistor; If the charge voltage of each battery cell is higher than the reference voltage, the control voltage is input to the non-inverting terminal (+) of the corresponding comparator, and the control transistor is turned on by the appropriate analog quantity to control the voltage to be lowered to the reference voltage. It is to implement a method for setting the optimal battery module use conditions using a battery charge and discharge test device consisting of a step of balancing to a reference voltage.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 배터리의 충·방전 제어장치 및 이를 이용한 배터리의 셀 발란싱 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a battery charge / discharge control apparatus and a cell balancing method of a battery using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명에 적용되는 충·방전 제어장치의 내부 구성도이고, 도3은 본 발명에 적용되는 충·방전 제어수단의 내부 구성도이고, 도4는 본 발명에 적용되는 충·방전 제어장치에 의해 충·방전되는 특성을 도시한 그래프이고, 도5는 본 발명에 적용되는 충·방전 제어장치에 의한 펄스 충전, 펄스 방전 전류의 파형을 도시한 그래프이고, 도6은 본 발명에 적용되는 충·방전 제어장치에 의한 펄스 파워의 특성을 도시한 그래프이고, 도7은 본 발명에 적용되는 하이브리드 자동차용 배터리의 동작 기준점을 선정하는 방법을 도시한 그래프이고, 도8은 본 발명에 적용되는 배터리셀 발란싱 수단의 내부 구성도이고, 미도시 부호 1은 컴퓨터, 2는 랜, 3은 배터리 모듈, 4는 배터리 셀이다.Figure 2 is an internal configuration of the charge and discharge control apparatus applied to the present invention, Figure 3 is an internal configuration of the charge and discharge control means applied to the present invention, Figure 4 is a charge and discharge control applied to the present invention 5 is a graph showing characteristics of charging and discharging by the apparatus, FIG. 5 is a graph showing waveforms of pulse charge and pulse discharge current by the charge / discharge control apparatus applied to the present invention, and FIG. 6 is applied to the present invention. Figure 7 is a graph showing the characteristics of the pulse power by the charge and discharge control device, Figure 7 is a graph showing a method for selecting the operation reference point of the hybrid vehicle battery applied to the present invention, Figure 8 is applied to the present invention It is an internal configuration diagram of the battery cell balancing means, 1 is a computer, 2 is a LAN, 3 is a battery module, 4 is a battery cell.

도시된 바와 같이 배터리에 의해 구동되는 기기에 장착될 배터리 모듈(3)상에 최적의 조건설정을 위하여 가변하면서 충·방전을 할 수 있도록 제어수단(10)은 충·방전 제어수단(20)에 제어신호를 인가하여 배터리 모듈(3)에 충전 조건을 전류 또는 전압을 이용하여 충전되게 하되, 발란싱수단(30)을 통해 배터리 모듈(3)의 최적충전조건 설정으로 발란싱 동작을 수행한 후, 센싱수단(40)과 온도 측정수단(60)을 통해 제어수단(10)에 충·방전 신호값을 전송하여 최적의 상태로 배터리 모듈(3)에 충·방전이 이루어질 수 있도록 한다.As shown in the drawing, the control means 10 is connected to the charge / discharge control means 20 so that charging and discharging can be performed while varying for optimal setting of conditions on the battery module 3 to be mounted in the device driven by the battery. After the control signal is applied to charge the battery module 3 with a current or voltage using a charging condition, the balancing means 30 performs the balancing operation to set the optimum charging condition of the battery module 3, and then sensing Through the means 40 and the temperature measuring means 60, the charge and discharge signal values are transmitted to the control means 10 so that the battery module 3 can be charged and discharged in an optimal state.

상기 제어수단(10)은 충·방전 제어수단(20)에 충·방전 제어신호를 인가하여 배터리 모듈(3)을 최적의 설정 상태로 충·방전이 이루어질 수 있도록 하기 위해 일정 전압으로 충·방전되면, 센싱수단(40)과 온도 측정수단(60)을 통해 입력되는 배터리모듈(3)의 상태 데이터를 받아 판별하여 충·방전을 종료할 수 있도록 하며, 발란싱수단(30)에 제어 전압을 인가하여 상기 배터리 모듈(3)의 각 배터리 셀(4)의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 설정 전압을 낮추거나 올리도록 해당 장치를 제어한다.The control means 10 applies a charge / discharge control signal to the charge / discharge control means 20 so that the battery module 3 can be charged and discharged at a predetermined voltage so as to be charged and discharged at a predetermined voltage. When the sensing unit 40 receives the state data of the battery module 3 input through the sensing unit 40 and the temperature measuring unit 60, the charging and discharging can be terminated, and a control voltage is applied to the balancing unit 30. To control the device to lower or raise the set voltage so that the voltage of each battery cell 4 of the battery module 3 remains the same.

상기 충·방전 제어수단(20)은 전원부(70)에서 공급되는 전원의 전류 및 전압을 제어하여 배터리 모듈(3)에 최적의 조건으로 충·방전이 이루어질 수 있도록 하는데, 내부 구성을 살펴보면, 도3에 도시된 바와 같이 D/A 컨버터부(A)(21), D/A 컨버터부(B)(22), 비교기 1,2,3(23,24,25), 충전단자(C)(26), 방전단자(D)(27)를 형성해 집적화하여 구성한다.The charging and discharging control means 20 controls the current and voltage of the power supplied from the power supply unit 70 to allow the battery module 3 to be charged and discharged under optimum conditions. As shown in Fig. 3, the D / A converter unit (A) 21, the D / A converter unit (B) 22, the comparators 1,2,3 (23, 24, 25), and the charging terminal (C) ( 26) The discharge terminal (D) 27 is formed and integrated.

상기 D/A 컨버터부(A)(21)는 Pin1과 접속되어 제어수단(10)에서 전송되는 디지털 데이터를 입력하여 각각 아날로그 형태의 신호로 변환하고, D/A 컨버터부(A)(21)의 출력단자(1)의 신호는 비교기1(23)의 비반전단자(+)로 입력되어 충전 제어 전압기준이 되게 하고, 출력단자(2)의 신호는 비교기2(24)의 비반전단자(+)로 입력되어 충전 제어 전류기준이 되게 하며, 상기 비교기1(23)과 비교기2(24)의 출력은 와이어드 오아(Wired OR)방식으로 합성하여 충전단자(C)(26)로 출력되게 한다.The D / A converter unit (A) 21 is connected to Pin1 and inputs digital data transmitted from the control means 10 to convert them into analog signals, respectively, and the D / A converter unit (A) 21. The signal of the output terminal 1 of the output terminal 1 is input to the non-inverting terminal (+) of the comparator 1 (23) to be the charging control voltage reference, and the signal of the output terminal 2 is the non-inverting terminal (2) of the comparator 2 (24). It is input to +) to be the charging control current reference, and the outputs of the comparators 1 (23) and the comparators 2 (24) are synthesized by the wired OR method and output to the charging terminal (C) 26. .

상기 D/A 컨버터부(B)(22)는 Pin1과 접속되고 출력단자(3)의 신호는 비교기3(25)의 비반전입력단자(+)로 입력되어 충·방전 제어 전류기준으로 작용되게 하고, 상기 비교기3(25)의 출력은 방전단자(D)(27)로 출력되게 한다.The D / A converter (B) 22 is connected to Pin1 and the signal of the output terminal 3 is input to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 3 (25) to act as a charge / discharge control current reference. Then, the output of the comparator 3 (25) is output to the discharge terminal (D) (27).

상기 충·방전 제어 트랜지스터(Q1,Q2)는 충·방전 제어수단(20)의 충·방전단자(C,D)(26,27)와 연결되어 제어신호에 따라 ON/OFF 되어 충·방전 전류를 흘러 보내거나 충·방전 전류를 종료시키도록 한다.The charge and discharge control transistors Q1 and Q2 are connected to the charge and discharge terminals C and D 26 and 27 of the charge and discharge control means 20 to be turned on and off according to a control signal to thereby charge and discharge the current. Flow it or terminate the charge / discharge current.

상기 발란싱수단(30)은 배터리 셀(4)이 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 모듈(3)에 최적의 충전 조건으로 충전이 이루어질 수 있도록 하기 위해 각 배터리 셀(4)의 전압을 동일하게 유지되게 발란싱 처리를 하는 것으로, 도8에 도시된 바와 같이 제어수단(10)으로부터 전송되는 제어 전압(Vc1, Vc2, Vc3, Vc4, Vc5)을 이용하여 배터리 모듈(3) 내부의 셀(4)을 원하는 충전 혹은 방전 전압으로 올리거나 낮추도록 하기 위해 비교기4,5,6,7,8(32,33,34,35,36)을 형성하되, Pin2,3,4를 통해 입력된 제어 전압은 해당 비교기의 비반전 입력단자(+)로 입력되고, 상기 비교기의 출력신호는 제어 트랜지스터(Q3,Q4,Q5,Q6,Q7))를 적당한 아날로그량으로 ON/OFF시켜 각 배터리 셀(4)의 충전 전압을 원하는 기준 전압으로 낮추거나 올리도록 제어하고, 동일한 방법으로 배터리 모듈(3)이 방전 모드일 경우 방전 전류가 흘러나가 각 배터리 셀(4)의 전압(Vb1∼Vb5)이 점점 낮아지게 되고, 각 배터리 셀(4)의 방전 종료조건을 각 배터리 셀(4)별로 설정, 제어될 수 있다.The balancing means 30 balances the voltages of the battery cells 4 to remain the same in order to allow the battery cells 4 to be charged in the optimal charging condition to the battery modules 3 connected in series or in parallel. By processing, the desired charging of the cell 4 inside the battery module 3 is performed using the control voltages Vc1, Vc2, Vc3, Vc4 and Vc5 transmitted from the control means 10 as shown in FIG. Or comparator 4,5,6,7,8 (32,33,34,35,36) to raise or lower the discharge voltage, and the control voltage input through pins 2,3,4 The non-inverting input terminal (+) is input, and the output signal of the comparator turns on / off the control transistors Q3, Q4, Q5, Q6, and Q7 with an appropriate analog amount to reduce the charge voltage of each battery cell 4. Control to lower or raise to the desired reference voltage and in the same manner the battery module 3 Wu discharge current flows out can be voltage (Vb1~Vb5) of each battery cell (4) becomes a more and more reduced, setting the end of discharge condition of each battery cell (4) of each battery cell (4), control.

상기 센싱수단(40)은 충·방전 제어수단(20)을 통해 배터리 모듈(3)에 충전시, 도4b에 도시된 바와 같이 상기 배터리 모듈(3)의 전압이 기 설정된 충전 전압에 도달한 t1 시각 이후부터 t2 시각까지 전압이 조금씩 증가하다가 충전 종료전압에 도달하게 되면, 상기의 정보를 Pin2,3을 통해 입력받아 증폭한 후, 제어수단(10)과 충·방전 제어수단(20)의 Pin2를 통해 전송하여 충전을 종료시키도록 하고, 또한 충전 종료조건을 전류로 설정된 경우 충전 전류가 점점 감소하다가 설정된 충전 종료 전류가 되면, 센싱저항(Rs)(50)에 나타나는 전압 강하를 감지한 후, 상기 정보를 Pin1,2을 통해 입력받아 증폭한 후, 제어수단(10)과 충·방전 제어수단(20)의 Pin2로 전송할 수 있도록 한다.When the sensing means 40 charges the battery module 3 through the charge / discharge control means 20, as illustrated in FIG. 4B, the voltage of the battery module 3 reaches a preset charging voltage t1. When the voltage gradually increases from time to time t2 until the charge end voltage is reached, the above information is input and amplified through Pins 2 and 3, and then pin 2 of the control means 10 and the charge / discharge control means 20. After transmitting through to terminate the charging, and if the charging end condition is set to the current, the charging current gradually decreases, and when the set charging end current is reached, after detecting the voltage drop appearing in the sensing resistor (Rs) 50, After receiving and amplifying the information through the pins 1 and 2, the control means 10 and the charge and discharge control means 20 to be transmitted to Pin2.

상기 센싱저항(50)은 충·방전 제어수단(20)을 통해 배터리 모듈(3)이 충·방전 작용시, 부하에 발생하는 전압을 상기 센싱수단(40)에 출력할 수 있도록 하며, 센싱저항(50)의 접속점은 센싱수단(40)의 Pin1,2와 접속되어 연결되게 한다.The sensing resistor 50 may output the voltage generated in the load to the sensing means 40 when the battery module 3 is charged or discharged through the charge / discharge control means 20. The connection point of 50 is connected to and connected to Pins 1 and 2 of the sensing means 40.

상기 온도 측정수단(60)은 배터리 모듈(3)의 각 배터리 셀(4)의 표면에 부착된 온도센서(미도시됨)로부터 각 입력단자(1~4)로 연결되게 하고, 배터리 모듈(3)에 충·방전이 될 때, 각 배터리 셀(4)의 상승하는 온도를 감지하여 기 설정된 온도를 초과시, 상기 정보를 제어수단(10)으로 전송하여 충전 혹은 방전동작을 중지하도록 하기 위한 것이다.The temperature measuring means 60 is connected to each input terminal 1 to 4 from a temperature sensor (not shown) attached to the surface of each battery cell 4 of the battery module 3, and the battery module 3 In the case of charging and discharging, the rising temperature of each battery cell 4 is sensed and when the predetermined temperature is exceeded, the information is transmitted to the control means 10 to stop the charging or discharging operation.

이상과 같이 본 발명의 일실시례에 의해 구성된 대용량 배터리의 충·방전 제어장치에 의해 최적의 조건으로 충·방전되는 작용에 대하여 상세히 설명한다.As described above, the operation of charging and discharging under optimum conditions by the charge / discharge control device for a large-capacity battery constructed according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

컴퓨터(1)와 본 발명에 의한 충·방전 제어장치를 랜(2)으로 통신환경을 구축한 후, 컴퓨터(1)에 내장된 운영 프로그램에 의해 테스트할 배터리 모듈(3)에 대해 시험 조건을 설정하는 경우 충전 전압은 16V로 설정하고, 충전 종료전압(Vcutoff)을 16.3V로 설정하는 경우를 예로 들어 본 발명의 기본적인 충·방전되는 과정을 설명한다.After establishing a communication environment between the computer 1 and the charge / discharge control device according to the present invention via a LAN 2, test conditions are set for the battery module 3 to be tested by an operating program built into the computer 1. In the case of setting, the basic charging / discharging process of the present invention will be described by taking the case where the charging voltage is set to 16V and the charging end voltage Vcutoff is set to 16.3V as an example.

제어수단(10)은 충·방전 제어수단(20)에 제어신호를 인가하여 충전 시작명령을 디지털 데이터 신호로 도3의 충방전제어수단(20)의 Pin1 단자를 통해 입력하고, 상기 디지털 데이터 신호는 D/A 컨버터부(A)(21)를 통해 아날로그 형태의 신호로 변환된 후, D/A 컨버터부(A)(21)의 출력단자(1)의 신호는 비교기1(23)의 비반전단자(+)로 입력되어 충전 제어 전압기준이 되고, 출력단자(2)의 신호는 비교기2(24)의 비반전단자(+)로 입력되어 충전 제어 전류기준이 되는데, 그 출력은 high가 되어 충전단자(C)(26)에 high 신호가 출력되고, 방전단자(D)(27)에는 low 신호가 출력되어 충전 제어트랜지스터(Q1)는 ON 되고, 방전 제어트랜지스터(Q2)는 OFF 된다.The control means 10 applies a control signal to the charge / discharge control means 20 to input a charge start command as a digital data signal through the Pin1 terminal of the charge / discharge control means 20 of FIG. Is converted into an analog signal through the D / A converter unit (A) 21, and then the signal of the output terminal 1 of the D / A converter unit (A) 21 is the ratio of the comparator 1 (23). It is input to the inverting terminal (+) and becomes the charging control voltage reference, and the signal of the output terminal 2 is input to the non-inverting terminal (+) of the comparator 2 (24) and becomes the charging control current reference. As a result, a high signal is output to the charge terminals (C) 26, a low signal is output to the discharge terminals (D) 27, and the charge control transistor Q1 is turned on, and the discharge control transistor Q2 is turned off.

전원수단(70)으로부터 공급되는 충전 전류는 충전 제어트랜지스터(Q1)를 통해 센싱저항(Rs)(50)을 경유하여 배터리 모듈(3)을 충전시키게 되는데, 이 때의 충전 전류는 도4에 도시된 바와 같이 배터리 전압(Vb)이 기 설정된 충전 전압(Vc)이 될 때까지는 일정한 전류가 흐르고, 배터리 전압(Vb)이 점점 증가하여 기 설정된 충전 전압(Vc)에 도달하는 t1 시각이 되면, 제어수단(10)은 충전 전류를 점점 감소시키는 제어신호를 인가하여 충·방전 제어수단(20)의 충전단자(C)(26)를 통해 충 전 제어트랜지스터(Q1)을 점점 OFF시키도록 하여 배터리 모듈(3)에 공급되는 충전 전류는 t1 시각 이후에 점차 전류가 감소하여 공급된다.The charging current supplied from the power supply means 70 charges the battery module 3 via the sensing resistor Rs 50 through the charge control transistor Q1, and the charging current at this time is shown in FIG. As described above, when a constant current flows until the battery voltage Vb becomes the preset charging voltage Vc, and when the battery voltage Vb gradually increases to reach the preset charging voltage Vc, it is controlled. The means 10 applies a control signal that gradually decreases the charging current to gradually turn off the charge control transistor Q1 through the charge terminals C 26 of the charge / discharge control means 20 to thereby turn off the battery module. The charging current supplied to (3) gradually decreases after the time t1 and is supplied.

도4의 (c), (d)는 충전전압이 컷오프(Cutoff) 전압이 되기 전 충전전류가 제로가 되거나, 컷오프(Cutoff) 조건을 시간(t)으로 설정하여 정전류 충전구간 중 충전전압(그림 (d))이 컷오프(Cutoff)되어 다운(down)되는 경우를 보여준다.(C) and (d) of FIG. 4 show that the charging current becomes zero before the charging voltage becomes the cutoff voltage, or the charging voltage is set during the constant current charging section by setting the cutoff condition to time t. (d)) shows a case where the cutoff is cut down.

상기 배터리 모듈(3)의 전압(Vb)은 기 설정된 충전 전압(Vc;16V)에 도달한 t1 시각 이후부터 t2 시각까지 조금씩 전압이 지속적으로 증가하다가 충전 종료 전압(Vcutoff;16.3V)에 도달하게 되면, 상기의 정보는 센싱수단(40)에서 감지하되, 센싱저항(50)에 나타나는 전압 강하를 센싱수단의 Pin2,3을 통해 입력받아 증폭한 후, 제어수단(10)과 충·방전 제어수단(20)의 Pin2를 통해 충전 종료 전압에 도달했다는 정보를 전송한다.The voltage Vb of the battery module 3 continuously increases from time t1 to time t2 after reaching the preset charging voltage Vc (16V) to reach the charging end voltage Vcutoff (16.3V). When the above information is sensed by the sensing means 40, the voltage drop appearing on the sensing resistor 50 is input through the pins 2 and 3 of the sensing means and amplified, and then the control means 10 and the charge / discharge control means. Information indicating that the charge end voltage has been reached is transmitted via Pin2 of (20).

상기 제어수단(10)은 충·방전 제어수단(20)의 입력단자(1)에 제어신호를 인가하여 충전단자(C)(26)와 방전단자(D)(27)에 low 신호를 출력하여 충전 제어트랜지스터(Q1)와 방전 제어트랜지스터(Q2) 모두를 OFF 시켜 충전을 종료시킨다.The control means 10 applies a control signal to the input terminal 1 of the charge and discharge control means 20 to output a low signal to the charging terminal (C) 26 and the discharge terminal (D) 27 Charging is terminated by turning off both the charge control transistor Q1 and the discharge control transistor Q2.

만일, 충전 종료조건을 전류로 설정하는 경우 충전 전류가 t1 시각부터 t2 까지 점차 감소하다가 기 설정된 충전 종료 전류(Icutoff)에 도달하게 되면, 센싱저항(50)에 나타나는 전압 강하를 센싱수단이 감지하여 상기의 정보를 제어수단(10)과 충·방전 제어수단(20)으로 전송함으로써, 상기 전압 종료조건의 경우와 동일한 방식으로 충전 동작을 종료시키도록 한다.If the charging end condition is set to current, when the charging current gradually decreases from the time t1 to the time t2 and reaches the preset charging end current Icutoff, the sensing means senses a voltage drop appearing in the sensing resistor 50. By transmitting the above information to the control means 10 and the charge / discharge control means 20, the charging operation is terminated in the same manner as in the case of the voltage termination condition.

상기와 같이 배터리 모듈(3)에 충전이 완료되는 경우 t2 시각에서 제어수단 (10)으로부터 방전 제어명령이 인가되면, 충전되는 작용과 동일한 경로를 따라 충·방전 제어수단(20)의 방전단자(D)(27)에 high 신호를 출력하고, 충전단자(C)(26)에는 low 신호를 출력하여 충전 제어트랜지스터(Q1)는 OFF 시키고, 방전 제어트랜지스터(Q2)는 ON 시켜 상기 배터리 모듈(3)에 방전을 시작하게 되는데, 방전시 방전 전류와 배터리 전압의 특성은 도4 (b)에 도시된 바와 같이 t2 시각 이후의 그림과 동일하다.When the charge is completed to the battery module 3 as described above, when the discharge control command is applied from the control means 10 at time t2, the discharge terminal of the charge and discharge control means 20 along the same path as the charging operation ( D) outputs a high signal to the 27, a low signal to the charge terminal (C) 26 to turn off the charge control transistor (Q1), the discharge control transistor (Q2) is turned on the battery module (3). Discharge is started, and the characteristics of the discharge current and the battery voltage at the time of discharge are the same as in the figure after time t2 as shown in FIG.

상기와 같이 본 발명에 의해 구성된 배터리의 충·방전 제어장치에 따른 실시례에 대하여 상세히 설명한다.Embodiments according to the charge / discharge control device for a battery constructed according to the present invention as described above will be described in detail.

[실시례 1(펄스 충전, 펄스 방전 전류 파형)]Example 1 (pulse charge, pulse discharge current waveform)

도5는 본 발명에 의해 구성된 충·방전 제어장치에 따른 펄스 충전, 펄스 방전의 전류 파형을 도시한 그래프로서, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등과 같은 다양한 부하기기의 경우에 일정한 전류의 부하가 아니고, 펄스 형태의 방전 전류가 흐르므로, 제어수단에 여러가지 방전 전류 특성을 가진 제어 프로그램을 내장하고, 배터리 모듈이 설치되는 기기의 부하 특성과 유사한 방전 전류를 흘리도록 하고 있다.FIG. 5 is a graph showing current waveforms of pulse charging and pulse discharge according to the charge / discharge control device constructed according to the present invention. In the case of various load devices such as electric vehicles and hybrid electric vehicles, FIG. Since pulsed discharge current flows, a control program having various discharge current characteristics is built in the control means, and a discharge current similar to the load characteristics of the device in which the battery module is installed is made to flow.

[실시례 2(펄스 파워 특성)]Example 2 (Pulse Power Characteristics)

도6은 본 발명에 의해 구성된 충·방전 제어장치에 따른 펄스 파워의 특성을 도시한 그래프로서, 하이브리드 전기 자동차의 충·방전의 경우 파워(power)를 기준으로 변화 특성을 나타내면, 방전시의 부하는 수십 킬로와트(KW)의 크기로 1초 내지 100초 정도의 펄스폭을 갖는 다양한 부하로 나타나고, 충전도 방전도 하지 않 는 휴지 기간이 있으며 엔진으로부터 공급되는 충전 전력은 t2 시각 이후의 계단파같이 나타나기도 한다.FIG. 6 is a graph showing the characteristics of pulse power according to the charge / discharge control device constructed in accordance with the present invention. In the case of charge / discharge of a hybrid electric vehicle, the change characteristics based on power are shown. Is shown in various loads with a pulse width of about 1 to 100 seconds in the size of several tens of kilowatts (KW), and there is a rest period without charging or discharging, and the charging power supplied from the engine is like a stair wave after t2 time. It may appear.

[실시례 3(배터리 동작기준점 설정)]Example 3 (Battery Operation Reference Point Setting)

도7은 하이브리드 자동차용 배터리의 동작 기준점을 선정하는 방법을 도시한 그래프로서, 본 발명의 충방전 장치에 의해 배터리를 충전시켜 <도7>과 같이 충전곡선을 그린 후, 방전시켜 방전곡선을 그린다. 그 다음 하이브리드 자동차에 필요한 최소전력(P1)의 위치에 해당하는 충방전 곡선 상의 두 점(l1, 12)을 정하고 그 가운데 점(l3)을 선정하여 배터리의 동작기준점으로 한다. 그러면 배터리가 충전과 방전을 불규칙적으로 반복하는 하이브리드 자동차와 같은 기기에서는 배터리 충방전 동작의 스윙(swing)폭을 최대로 할 수 있어 배터리의 효용을 극대화 할 수 있다.FIG. 7 is a graph illustrating a method of selecting an operation reference point of a hybrid vehicle battery. The battery is charged by the charging / discharging device of the present invention to draw a charging curve as shown in FIG. . Next, two points (l1, 12) on the charge / discharge curve corresponding to the position of the minimum power (P1) required for the hybrid vehicle are determined, and the point (l3) is selected among them as the operation reference point of the battery. Then, in a device such as a hybrid vehicle in which the battery repeats charging and discharging irregularly, the swing width of the battery charge / discharge operation can be maximized, thereby maximizing the utility of the battery.

[실시례 4(배터리 셀 발란싱 작용)]Example 4 (Battery Cell Balancing Action)

도8에 도시된 바와 같이 5개의 배터리 셀(4)을 직렬로 연결한 경우를 기준으로 발란싱수단(30)을 통해 각 배터리 셀(4)의 발란싱되는 과정을 설명하기로 하며, 실제는 원하는 용량을 얻기 위해 여러 개를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 배터리 모듈(3)을 만들면 된다.As shown in FIG. 8, a process of balancing each battery cell 4 through the balancing means 30 will be described based on the case where five battery cells 4 are connected in series. To obtain the battery module (3) is made by connecting several in series or in parallel.

본 발명에 의한 충·방전 제어장치에 의해 배터리 모듈(3)상에 충전이 시작되면, 배터리 모듈(3)의 양 단자 전압(Vm)은 점점 증가되어 설정된 충전 종료전압(Vmcutoff)에 도달하게 되어 충전이 종료되는데, 이 때 배터리 모듈(3)의 충전 종료전압(Vmcutoff)을 20.0V로 설정하는 경우 각 배터리 셀(4)의 전압(Vb1, Vb2, Vb3, Vb4, Vb5)은 동일한 전압인 4.0V가 아니라 각 배터리 셀(4)의 내부 저항크기나 기타 다른 특성에 의해 조금씩 차이가 나게 된다.When charging is started on the battery module 3 by the charge / discharge control device according to the present invention, both terminal voltages Vm of the battery module 3 are gradually increased to reach the set charging end voltage Vmcutoff. When the charging end voltage Vmcutoff of the battery module 3 is set to 20.0 V, the voltages Vb1, Vb2, Vb3, Vb4, and Vb5 of each battery cell 4 are equal to 4.0. Not the V, but slightly different by the internal resistance size or other characteristics of each battery cell (4).

예를 들어, Vb1은 4.2V, Vb2, Vb3, Vb4, 는 4.0V, Vb5은 3.8V라고 가정할 때, 이러한 상태로 계속 사용하게 되면, 4.2V인 첫번째 셀(4)은 과충전에 가까운 상태로 계속 사용하게 되어 전체 배터리 모듈(3)의 수명을 단축하게 만드는 원인이 되므로 가장 낮은 전압인 세번째 셀(Vb5)의 3.8V의 전압으로 나머지 배터리 셀의 전압도 맞추도록 하여 사용하게 되면, 3개의 배터리 셀(4)의 수명이 비슷해져 전체적인 배터리 모듈(3)의 수명을 연장할 수 있게 된다.For example, assuming that Vb1 is 4.2V, Vb2, Vb3, Vb4, 4.0V, and Vb5 is 3.8V, if it continues to be used in this state, the first cell 4, which is 4.2V, is near overcharged. Since it will continue to use it will shorten the life of the entire battery module (3) If you use to match the voltage of the remaining battery cells to the voltage of 3.8V of the third cell (Vb5), the lowest voltage, three batteries The life of the cell 4 is similar, so that the life of the overall battery module 3 can be extended.

배터리 셀(4)의 발란싱 처리되는 과정을 살펴보면, 발란싱수단(30)의 내부에서 각 배터리 셀(4)의 충전 전압이 감지되어 Pin1로 출력되어 제어수단(10)으로 전송되며, 상기 제어수단(10)은 각각의 전압 크기를 분석한 후, 가장 낮은 전압을 기준으로 전압이 높은 배터리 셀(4)의 전압을 낮추기 위해서 제어 전압(Vc1, Vc2, Vc3, Vc4, Vc5,)을 인가하여 상기 발란싱수단(30)의 Pin2,3,4,5,6 으로 전송한다.Looking at the process of balancing the battery cell 4, the charging voltage of each battery cell 4 is sensed inside the balancing means 30 is output to Pin1 and transmitted to the control means 10, the control means ( 10) analyzes each voltage magnitude and applies the control voltages Vc1, Vc2, Vc3, Vc4, Vc5, in order to lower the voltage of the battery cell 4 with the highest voltage based on the lowest voltage. Transfer to Pin 2, 3, 4, 5, 6 of the means 30.

전압이 가장 낮은 3.8V인 다섯번째 셀(4)은 제어 트랜지스터(Q7)를 완전 OFF시키고 그대로 두며, 4.2V인 첫번째 셀(4)은 0.4V를 다운시킬 수 있도록 제어 전압(Vc1)을 비교기4(332)의 비반전단자(+)에 입력하고, 상기 비교기4(32)의 출력이 제어 트랜지스터(Q3)를 적당한 아날로그량으로 ON 시켜 첫번째 배터리 셀(4)의 충전 전압(Vb1)을 3.8로 낮춘다. 그리고 4.0V인 두 번째, 세 번째, 네번째 셀은 0.2V를 다운시킬 수 있도록 제어 전압(Vc2, Vc3, Vc4,)을 비교기5(33, 34, 35)의 비반전단자(+)에 입력하고, 상기 비교기5(33,34, 35)의 출력이 제어 트랜지스터(Q4, Q5, Q6)를 적당한 아날로그량으로 ON 시켜 두 번째, 세 번째, 네번째 배터리 셀(4)의 충전 전압(Vb2, Vb3, Vb4, )을 3.8V로 낮추도록 한다.The fifth cell (4) with the lowest voltage of 3.8V completely turns off the control transistor (Q7) and leaves it as it is, while the first cell (4) (4.2V) adjusts the control voltage (Vc1) to bring down 0.4V. Input to the non-inverting terminal (+) of (332), the output of the comparator 4 (32) turns on the control transistor (Q3) to a suitable analog amount to set the charge voltage (Vb1) of the first battery cell 4 to 3.8 Lower. The second, third, and fourth cells of 4.0V input control voltages (Vc2, Vc3, Vc4,) to the non-inverting terminals (+) of comparators 5 (33, 34, 35) to bring down 0.2V. The outputs of the comparators 5 (33, 34, 35) turn on the control transistors Q4, Q5, and Q6 with an appropriate analog amount, so that the charging voltages Vb2, Vb3, Reduce Vb4,) to 3.8V.

또한, 최하한 전압을 기준으로 셀 발란싱(Cell Balancing)을 할 경우 배터리 모듈(3) 전압이 전체적으로 낮아지므로, 모듈 전압을 상승시키기 위해 아래와 같이 발란싱 동작을 수행하는 것도 바람직하다.In addition, when the cell balancing is performed based on the lowest voltage, the battery module 3 voltage is lowered as a whole. Therefore, it is preferable to perform the balancing operation as follows to increase the module voltage.

각 배터리 셀(4)의 충전 전압을 상기와 동일하게 Vb1은 4.2V, Vb2, Vb3, Vb4, 는 4.0V, Vb5은 3.8V라고 가정할 때, 제어수단(10)에서 5개의 배터리 셀(4)의 전압을 감시하고 있다가 첫번째 셀(4)이 4.0V에 도달하면, 제어 전압(Vc1)을 전송하여 첫번째 배터리 셀(4)의 충전 전압(Vb1)을 바이 패스(by pass)시켜 더 이상 증가하지 않도록 하고, 계속 충전 진행 중에 두 번째, 세 번째, 네번째 배터리 셀이 4.0V에 도달하면, 동일하게 제어 전압(Vc2, VC3, VC4, )을 전송하여 두 번째, 세 번째, 네번째 배터리 셀(4)의 충전 전압(Vb2, Vb3, Vb4, )을 바이 패스(by pass) 시켜 증가하지 않게 하다.Assuming that the charging voltage of each battery cell 4 is the same as above, Vb1 is 4.2V, Vb2, Vb3, Vb4, is 4.0V, and Vb5 is 3.8V. When the first cell 4 reaches 4.0 V, the control cell Vc1 is transmitted to bypass the charging voltage Vb1 of the first battery cell 4 by monitoring the voltage of If the second, third and fourth battery cells reach 4.0 V during the charging process, the control voltages (Vc2, V C 3, V C 4,) are transmitted in the same manner so that the second, third, The charging voltages Vb2, Vb3, Vb4, of the fourth battery cell 4 are bypassed so as not to increase.

이 후, 다섯번째 배터리 셀(4)도 4.0V에 도달하게 되므로 그 상태에서 충전을 멈추게 되면, 상기 배터리 모듈(3)은 모듈 전압이 20.0V로 충전할 수 있게 되어 상기와 같은 방법으로 각 배터리 셀별로 충전 상한 전압으로 제어할 수 있으며, 동일한 방법으로 배터리 모듈(3)이 방전모드로 설정되는 경우 방전 전류가 흘러나가 각 배터리 셀의 전압(Vb1, Vb2, Vb3, Vb4, Vb5,)이 점점 낮아지게 될 때, 각 배터리 셀(4)의 방전 종료 전압도 각 셀별로 설정 제어할 수 있도록 한다.After that, since the fifth battery cell 4 also reaches 4.0V, when the battery is stopped in the state, the battery module 3 can charge the module voltage at 20.0V. Each cell can be controlled by the charging upper limit voltage, and when the battery module 3 is set to the discharge mode in the same manner, the discharge current flows to increase the voltage of each battery cell (Vb1, Vb2, Vb3, Vb4, Vb5,). When lowered, the discharge termination voltage of each battery cell 4 can also be set and controlled for each cell.

또 각 셀은 개별적으로 충전상한전압을 설정하거나, 방전하한전압을 설정할 수 있다. 즉 각 개별 셀을 생산하는 과정에서 테스터 결과, 각 셀의 충전상한전압 크기와 방전하한전압 크기가 조금씩 다를 수 있으므로 이 경우 각 셀의 조건에 맞게 충전상한전압과 방전하한전압을 개별적으로 선정할 수 있다. 예를 들어 충전상한전압은 4.1V~4.4V, 방전하한전압은 2.5 ~3.5V 사이에서 설정할 수 있다.Each cell can individually set a charge upper limit voltage or a discharge lower limit voltage. That is, in the process of producing each individual cell, as the result of the tester, the charge upper limit voltage and the discharge lower limit voltage size of each cell may be slightly different. In this case, the charge upper limit voltage and the discharge lower limit voltage can be selected individually according to the conditions of each cell. have. For example, the charge upper limit voltage can be set between 4.1V and 4.4V and the discharge lower limit voltage between 2.5 and 3.5V.

상기와 같은 발란싱 과정을 거친 각 배터리 셀(4)의 정보는 제어수단(10)을 통해 랜(2)을 거쳐 컴퓨터(1)에 전송되어 저장되게 하고, 배터리가 출하될 때 배터리 모듈(3)의 라벨이나 출하검사서상에 표기하여 배터리 모듈을 사용하는 사용자에게 최적의 설정 조건을 제공해 줄 수 있도록 한다.The information of each battery cell 4 which has undergone the balancing process as described above is transmitted to and stored in the computer 1 via the LAN 2 through the control means 10, and the battery module 3 when the battery is shipped. Mark it on the label or shipping inspection certificate to provide the user with the optimal setting condition.

이상과 같이 본 발명은 배터리의 충·방전시 최적의 설정 조건으로 충전 또는 방전이 이루어질 수 있도록 하여 배터리가 장착되는 기기의 배터리 관리 시스템에 배터리에 대한 정보를 제공해 줄 수 있도록 한 것으로, 이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.As described above, the present invention allows charging or discharging to be performed under optimal setting conditions during charging and discharging of the battery, thereby providing information about the battery to the battery management system of the device in which the battery is mounted. As those skilled in the art to which the present invention pertains, various permutations, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It is not.

본 발명은 배터리의 최적의 설정 조건으로 충·방전되게 하여 상기 배터리가 장착될 기기의 배터리 관리 장치에서 필요로 하는 배터리의 최적 설정 조건에 관련된 정보를 제공할 수 있도록 함으로써, 상기 배터리를 장착한 기기의 구동시 배터리의 성능을 극대화하고, 배터리의 수명을 연장할 수 있도록 하여 배터리의 효용성 을 향상시키도록 하는 효과가 있다.The present invention enables the battery-equipped device to provide information related to the optimum setting condition of the battery required by the battery management device of the device to which the battery is to be charged and discharged under the optimum setting condition of the battery. Maximizes the performance of the battery when driving, and can extend the life of the battery has the effect of improving the utility of the battery.

Claims (7)

배터리 충·방전 테스트 장치를 구성함에 있어서,In constructing a battery charge and discharge test apparatus, 충·방전 제어수단에 제어신호를 인가하여 배터리 모듈에 최적의 설정 상태로 충·방전이 이루어지게 하되, 센싱수단과 온도측정수단을 통해 전송된 신호값을 통해 최적의 상태에서 충·방전이 종료되게 하고, 발란싱수단에 제어신호를 인가하여 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 해당 회로소자를 제어하는 제어수단; 상기 제어수단의 제어를 받아 전원부에서 공급되는 전원에 대해 일정량의 전류 및 전압의 전원으로 유지하여 배터리 모듈에 공급되도록 충·방전단자를 형성하여 충·방전 제어트랜지스터(Q1,Q2)를 제어하는 충·방전 제어수단; 센싱저항(Rs)으로부터 유입되는 전류 및 전압값을 모니터링하면서 충·방전 종료 조건에 도달하면, 상기 제어수단 및 충·방전 제어수단에 종료 시점을 출력하는 센싱수단; 상기 충·방전 제어수단을 통해 배터리 모듈에 충·방전 작용시, 부하에 발생하는 전압을 센싱수단을 출력하는 센싱저항(Rs); 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 표면에 부착된 온도센서와 각각 연결되는 입력단자를 형성하여 각 배터리 셀의 온도를 감지하여 제어수단에 출력하는 온도 측정수단; 배터리 모듈의 각 배터리 셀과 회로적으로 연결하여 상기 제어수단에서 인가된 제어 전압을 통해 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지되도록 발란싱 처리하는 발란싱수단;의 결합으로 구성됨을 특징으로 하는 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충·방전 제어장치.The control signal is applied to the charging / discharging control means so that the battery module can be charged and discharged in an optimal setting state. The charging and discharging ends in the optimal state through the signal values transmitted through the sensing means and the temperature measuring means. Control means for controlling a corresponding circuit element to maintain a voltage of each battery cell by applying a control signal to the balancing means; The charging and discharging control transistors Q1 and Q2 are controlled by forming charging and discharging terminals to be supplied to the battery module by maintaining the power of a certain amount of current and voltage with respect to the power supplied from the power supply unit under the control of the control means. Discharge control means; Sensing means for outputting an end time point to the control means and the charge / discharge control means when the end condition of charging and discharging is reached while monitoring current and voltage values flowing from the sensing resistor Rs; A sensing resistor (Rs) for outputting a sensing means for sensing a voltage generated at a load when the battery module is charged and discharged through the charge and discharge control means; Temperature measuring means for forming an input terminal respectively connected to a temperature sensor attached to a surface of each battery cell of the battery module to sense a temperature of each battery cell and output the same to a control means; A battery cell balancing function comprising: a balancing means connected in circuit with each battery cell of a battery module to balance the voltage of each battery cell to maintain the same voltage through a control voltage applied from the control means Charge and discharge control device with. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 충·방전 제어수단은 제어수단에서 전송되는 디지털 데이터를 아날로그 형태의 신호로 변환하여 출력단자(1)(2)를 통해 비교기1,2의 비반전단자(+)로 출력하는 D/A 컨버터부(A); 제어수단에서 전송되는 디지털 데이터를 아날로그 형태의 신호로 변환하여 출력단자를 통해 비교기3의 비반전단자(+)로 출력하는 D/A 컨버터부(B); 상기 D/A 컨버터부(A)의 출력신호(1)를 입력하여 충전 제어 전압기준으로 설정하여 충전단자(C)로 출력하는 비교기1; 상기 D/A 컨버터부(A)의 출력신호(2)를 입력하여 충전 제어 전류기준으로 설정하여 충전단자(C)로 출력하는 비교기2; 상기 D/A 컨버터부(B)의 출력신호를 입력하여 방전 제어 전류기준으로 설정하여 방전단자(D)로 출력하는 비교기3; 충전 제어트랜지스터(Q1)를 ON/OFF 되도록 제어하는 충전단자(C); 방전 제어트랜지스터(Q2)를 ON/OFF 되도록 제어하는 방전단자(D);로 구성됨을 특징으로 하는 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충·방전 제어장치.The charge / discharge control means converts the digital data transmitted from the control means into an analog signal and outputs the non-inverting terminal (+) of the comparators 1 and 2 through the output terminals 1 and 2. Part (A); A D / A converter (B) for converting digital data transmitted from the control means into an analog signal and outputting the non-inverting terminal (+) of the comparator 3 through an output terminal; A comparator 1 for inputting the output signal 1 of the D / A converter unit A, setting the charging control voltage as a reference, and outputting it to the charging terminal C; A comparator 2 for inputting the output signal 2 of the D / A converter unit A, setting it as a charging control current reference, and outputting it to the charging terminal C; A comparator 3 inputting the output signal of the D / A converter unit B, setting the discharge control current as a reference, and outputting the discharge signal to the discharge terminal D; A charging terminal C for controlling the charging control transistor Q1 to be ON / OFF; A charge / discharge control device having a battery cell balancing function, comprising: a discharge terminal (D) for controlling the discharge control transistor (Q2) to be ON / OFF. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발란싱수단은 배터리 모듈의 각 배터리 셀과 연결되게 하여 제어수단에서 전송된 제어 전압에 의해 기준 전압으로 올리거나 낮추도록 제어하기 위해 제어 전압이 입력되는 각각의 입력단자를 형성하고, 상기 입력된 제어 전압은 각각의 비교기의 비반전단자(+)로 입력되어 비교기의 출력으로 각 제어 트랜지스터를 ON/OFF 시키도록 제어신호를 출력하여 각 배터리 셀의 충전 전압을 기준 전압과 일치하도록 제어함을 특징으로 하는 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충·방전 제어장치.The balancing means is connected to each battery cell of the battery module to form a respective input terminal to which the control voltage is input to control to raise or lower the reference voltage by the control voltage transmitted from the control means, the input control The voltage is input to the non-inverting terminal (+) of each comparator and outputs a control signal to turn on / off each control transistor to the output of the comparator to control the charging voltage of each battery cell to match the reference voltage. Charge and discharge control device having a battery cell balancing function. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 4~12개의 셀을 직렬, 병렬 및 직병렬로 연결한 배터리를 기본으로 충전 및 방전을 수행할 수 있는 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충·방전 제어장치.Charge / discharge control device with battery cell balancing function that can perform charging and discharging based on a battery that connects 4 to 12 cells in series, parallel and parallel. 배터리 충·방전 테스트 장치를 이용하여 배터리를 충·방전하는 방법에 있어서,In the method of charging and discharging a battery using a battery charge and discharge test device, 배터리 모듈의 충전시, 각 배터리 셀의 충전 전압을 감지하여 제어수단으로 전송하는 단계; 상기 제어수단은 각 배터리 셀의 전압 크기를 분석한 후, 가장 낮은 전압을 기준 전압으로 설정하여 각 배터리 셀의 전압을 기준 전압으로 낮추기 위한 제어 전압을 발란싱수단에 인가하는 단계; 각 베터리 셀의 충전 전압이 기준 전압과 일치하면, 해당 제어 트랜지스터를 OFF 시키도록 제어하는 단계; 각 배터리 셀의 충전 전압이 기준 전압보다 높으면, 제어 전압을 해당 비교기의 비반전단자(+)에 입력하여 제어 트랜지스터를 적당한 아날로그량으로 ON 시켜 기준 전압으로 다운시키도록 제어하여 각 배터리 셀의 충전 전압을 기준 전압으로 발란싱 하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 배터리 충·방전 테스트 장치를 이용한 최적의 배터리모듈 사용조건을 설정하는 방법.When charging the battery module, detecting a charging voltage of each battery cell and transmitting it to the control means; The control means analyzes the voltage level of each battery cell, and then sets the lowest voltage as the reference voltage and applies a control voltage to the balancing means for lowering the voltage of each battery cell to the reference voltage; If the charging voltage of each battery cell matches the reference voltage, controlling to turn off the corresponding control transistor; If the charge voltage of each battery cell is higher than the reference voltage, the control voltage is input to the non-inverting terminal (+) of the corresponding comparator, and the control transistor is turned on by the appropriate analog quantity to control the voltage to be lowered to the reference voltage. Balancing to a reference voltage; 배터리 충·방전 테스트 장치를 이용하여 배터리를 충·방전하는 방법에 있 어서,In the method of charging and discharging a battery using a battery charge and discharge test device, 배터리 모듈의 충전시나 휴지시, 각 배터리 셀의 전압을 감지하여 제어수단으로 전송되면, 상기 제어수단은 각 배터리 셀의 전압을 모니터링하면서 기준 전압에 도달하는지를 확인하고, 각 배터리 셀의 전압이 기준 전압에 도달하게 되면, 제어 전압을 발란싱수단에 인가하여 전류를 바이 패스(by pass)시켜, 셀의 전압이 더 이상 증가하지 않도록 제어함을 특징으로 하는 배터리 충·방전 테스트 장치를 이용한 최적의 배터리모듈 사용조건을 설정하는 방법.When the battery module is charged or at rest, the voltage of each battery cell is sensed and transmitted to the control means. The control means monitors the voltage of each battery cell to check whether the reference voltage is reached, and the voltage of each battery cell reaches the reference voltage. When it reaches, the optimum battery module using the battery charge and discharge test device, characterized in that the control voltage is applied to the balancing means to bypass the current (by), so that the voltage of the cell no longer increases. How to set conditions of use. 제5항 또는 제6항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 셀발란싱 회로동작에서 각 Cell의 충전상한전압은 4.0 V ~ 4.4 V, 방전하한전압은 2.5 V ~ 3.3 V, 설정전압은 5 mV~200 mV, 바이패스(By-Pass) 전류는 5 mA~2,000 mA 범위 내에서 임의로 조절이 가능하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 충·방전 테스트 장치를 이용한 최적의 배터리모듈 사용조건을 설정하는 방법.In cell balancing circuit operation, each cell's charge upper limit is 4.0 V ~ 4.4 V, discharge lower limit is 2.5 V ~ 3.3 V, set voltage is 5 mV ~ 200 mV, bypass current is 5 mA ~ 2,000 Method for setting the optimum battery module use conditions using the battery charge and discharge test device, characterized in that configured to be able to adjust arbitrarily within the mA range.
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