KR101147168B1 - Ｅｑ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Ｅｑ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 그 목적은 별도의 EQ 셀(Equalization cell)을 이용하여 최고 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 흐르는 전류의 일부를 충전시키고 EQ 셀에 충전된 전류를 최저 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써 에너지 낭비를 최소화할 수 있도록 하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 의하면; 직렬로 연결되어 배터리팩을 이루는 다수의 배터리 셀에 각각 제1 충전용 FET와 제2 충전용 FET가 병렬적으로 연결되며 상기 다수의 배터리 셀의 (+) 단자에 상기 제1 충전용 FET의 드레인(drain)과 상기 제2 충전용 FET의 소스(source)가 연결되어 상기 배터리팩의 충전 또는 방전에 따라 어느 하나가 온 되는 FET부와; 상기 FET부와 충전기 사이에 배치되어 상기 FET부측으로 흐르는 전류의 일부를 충전하거나 충전된 전류를 상기 FET부측으로 방전하기 위한 EQ 셀과; 상기 다수의 배터리 셀의 전압값을 측정하고 측정된 상기 전압값을 근거로 상기 다수의 배터리 셀 간의 편차전압이 임계값 이상인지를 확인하며, 이 확인한 결과에 따라 상기 FET부와 상기 EQ 셀을 제어하여 셀 밸런싱을 반복 수행하는 밸런스 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＥＱ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템 및 그 제어방법{SYSTEM FOR CONTROL CELL BALANCE OF BATTERY PACK USING EQ CELL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정의 전류를 충전 또는 방전할 수 있는 별도의 EQ 셀(Equalization cell)을 이용하여 배터리팩 내의 다수의 배터리 셀들 간의 전압 밸런스를 유지 관리하기 위한 『EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템 및 그 제어방법』에 관한 것이다.
최근 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차가 주목받고 있는데, 이러한 전기 자동차에는 필요 전력을 공급받기 위해 다수 개의 배터리 셀(battery cell)로 구성된 배터리 팩이 필수적으로 사용된다. 이 배터리 팩은 300V 또는 600V의 고전압을 구현하기 위해, 전압이 2.0 ~ 4.2 V의 배터리 셀이 100 내지 200 여개로 직렬 연결 구성된다.
이와 같은 종래 배터리 팩에서는 각 배터리 셀별로 그 내부 저항의 차이가 발생하여 전압 차이가 발생하고, 이로 인하여 배터리 셀의 수명 단축, 및 고장 원인이 될 수 있다. 심한 경우, 충전 또는 방전 과정에서 배터리 셀 내부의 분리막이 파괴되거나 전극에 포함된 산소의 이탈로 발화되기도 한다.
따라서 배터리 셀들 간의 전압 밸런싱하기 위한 많은 방안들이 제안되고 있다. 그 하나의 방안으로서 배터리 팩 내의 배터리 셀 중 전압이 가장 높은 셀에 저항을 통해 전류를 흐르게 하여 전압 밸런싱을 맞추는 방법이 있다.
그러나 상기와 같은 방법은 비교적 간단하지만, 배터리 팩 내의 다수의 배터리 셀 중 전압이 가낭 낮은 셀에 전압 밸런스가 맞춰지기 때문에 전류 소비량이 많아지는 문제점이 있다. 또한, 고용량 또는 급속 충전 시에는 충분히 전류를 소비하지 못하고 불균형 상태로 사용하게 되어 사용상의 고장 요인을 내포하고 있다는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 EQ 셀(Equalization cell)을 이용하여 최고 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 흐르는 전류의 일부를 충전시키고 EQ 셀에 충전된 전류를 최저 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 『EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템』을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 별도의 EQ 셀(Equalization cell)을 이용하여 최고 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 흐르는 전류의 일부를 충전시키고 EQ 셀에 충전된 전류를 최저 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 『EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어방법』을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템은; 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 이루어진 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템에 있어서;
상기 셀 밸런싱 제어시스템이; 상기 다수의 배터리 셀에 각각 제1 충전용 FET와 제2 충전용 FET가 병렬적으로 연결되며 상기 다수의 배터리 셀의 (+) 단자에 상기 제1 충전용 FET의 드레인(drain)과 상기 제2 충전용 FET의 소스(source)가 연결되어 상기 배터리팩의 충전 또는 방전에 따라 어느 하나가 온 되는 FET부와; 상기 FET부와 충전기 사이에 배치되어 상기 FET부측으로 흐르는 전류의 일부를 충전하거나 충전된 전류를 상기 FET부측으로 방전하기 위한 EQ 셀과; 상기 다수의 배터리 셀의 전압값을 측정하고 측정된 상기 전압값을 근거로 상기 다수의 배터리 셀 간의 편차전압이 미리 설정된 임계값 이상인지를 확인하며, 이 확인한 결과에 따라 상기 FET부와 상기 EQ 셀을 제어하여 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 잉여 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀에 충전하고, 상기 충전된 전류를 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 부족한 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 방전함으로써, 셀 밸런싱을 반복 수행하는 밸런스 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템은; 상기 EQ 셀이 상기 FET부와 상기 충전기 사이에 연결되어 충전 시 과전류를 방지하기 위한 제1저항과; 상기 제1저항에 병렬적으로 연결되어 전류를 충전 또는 방전하는 FET와; 상기 FET에 직렬적으로 연결되어 방전 시 과전류를 방지하기 위한 제2저항을; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템은; 상기 밸런스 제어부에서 상기 배터리팩의 충전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제1 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제1 충전용 FET 측으로 방전시키며; 상기 배터리팩의 방전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제2 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제2 충전용 FET 측으로 방전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어방법은; 직렬로 연결되어 배터리팩을 이루는 다수의 배터리 셀에 각각 제1 충전용 FET와 제2 충전용 FET가 병렬적으로 연결되며 상기 다수의 배터리 셀의 (+) 단자에 상기 제1 충전용 FET의 드레인(drain)과 상기 제2 충전용 FET의 소스(source)가 연결되어 상기 배터리팩의 충전 또는 방전에 따라 어느 하나가 온 되는 FET부와; 상기 FET부와 충전기 사이에 배치되어 상기 FET부측으로 흐르는 전류의 일부를 충전하거나 충전된 전류를 상기 FET부측으로 전류를 방전하는 EQ 셀과; 상기 다수의 배터리 셀의 전압값을 측정하고 측정된 상기 전압값을 근거로 상기 다수의 배터리 셀 간의 편차전압이 임계값 이상인지를 확인하며, 이 확인한 결과에 따라 상기 FET부와 상기 EQ 셀을 제어하여 셀 밸런싱을 반복 수행하는 밸런스 제어부를 구비하는 셀 밸런싱 제어시스템을 통해 상기 배터리팩을 이루는 상기 다수의 배터리 셀의 밸런싱을 제어하는 방법에 있어서;
상기 다수의 배터리 셀 각각의 전압값을 측정하는 단계와; 상기 전압값 측단단계에서 측정된 상기 전압값을 근거로 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상인지를 확인하는 단계와; 상기 전압편차 확인단계에서 확인된 결과에 따라 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 잉여 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀에 충전하거나 상기 충전된 전류를 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 부족한 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 방전하기 위한 상기 EQ 셀 및 상기 다수의 배터리 셀마다 연결된 상기 FET부를 제어하여 셀 밸런싱을 반복 수행하는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어방법은; 상기 셀 밸런싱을 반복 수행하는 단계에서 상기 배터리팩의 충전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제1 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제1 충전용 FET 측으로 방전시키며; 상기 배터리팩의 방전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제2 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제2 충전용 FET 측으로 방전시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의하면; 별도의 EQ 셀(Equalization cell)을 이용하여 최고 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 흐르는 전류의 일부를 충전시키고 EQ 셀에 충전된 전류를 최저 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써, 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면; 별도의 EQ 셀(Equalization cell)을 이용하여 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 흐르는 전류의 일부를 충전시키고, EQ 셀에 충전된 전류를 최저 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써, 충전이나 방전 상태 등의 어떠한 경우에도 균등 전압을 유지할 수 있으며 안정적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있는 작용효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템을 개략적으로 보인 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템에서 배터리팩의 충전 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템에서 충전과 방전 타이밍을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템에서 배터리팩의 방전 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 배터리팩의 충전 시 본 발명의 실시예에 따른 셀 밸런싱 제어과정을 순차적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 배터리팩의 방전 시 본 발명의 실시예에 따른 셀 밸런싱 제어과정을 순차적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 별도의 EQ 셀(Equalization cell)을 이용하여 최고 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 흐르는 전류의 일부를 충전시키고, EQ 셀에 충전된 전류를 최저 전압값을 갖는 배터리 셀측으로 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써, 셀 간의 균등 전압을 유지하고자 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른『EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템』은 전기자동차 등에 적용되는 모터(160)를 구동시키기 위해 다수의 배터리 셀(111)이 직렬로 연결되어 이루어진 배터리팩(110)의 셀 밸런싱을 위한 것으로, 이를 위해 FET부(120), EQ 셀(130), 충전기(140) 및 밸런스 제어부(150)를 갖추고 있다.
배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)은 직렬적이고 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 다수의 배터리 셀(111)은 최초 제작시 모두 동일한 전압으로 충전되어 있는데, 충전과 방전이 거듭되면서 내부 저항의 차이로 전압 차이가 발생하게 된다.
FET부(120)는 다수의 배터리 셀들(111)마다 복수 개의 FET가 병렬적이고 전기적으로 연결되는데, 배터리 셀의 (+)단자에는 제1 충전용 FET(FET_c)의 드레인(drain)과 제2 충전용 FET(FET_d)의 소스(source)가 연결된다. 배터리 셀의 (+) 단자에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)는 충전 시에 온(on) 되어 각 배터리 셀(111)에 전류를 흐르게 하고, 제2 충전용 FET(FET_d)는 방전 시에 온 되어 각 배터리 셀(111)에 전류를 흐르게 한다.
이때, 충전 시 또는 방전 시에는 하나의 배터리 셀(111)에 연결된 FET 중 어느 하나 예컨대, 제1 충전용 FET(FET_c) 또는 제2 충전용 FET(FET_d)만 온(on) 되고 나머지 다른 제1 충전용 FET(FET_c) 또는 제2 충전용 FET(FET_d)는 모두 오프(off) 되게 된다.
물론, FFT부(120) 내의 제1 충전용 FET(FET_c) 또는 제2 충전용 FET(FET_d)가 온 또는 오프 되는 경우에는 배터리 셀(111)의 (-)단자에 연결된 FET_BM도 함께 온 또는 오프 된다.
EQ 셀(130)은 다수의 배터리 셀(111) 간의 밸런싱을 수행하기 위한 별도의 회로로서, 충전기(140)와 FET부(120) 사이에 전기적으로 연결된다. EQ 셀(130)은 최고 전압값을 갖는 배터리 셀(111)측으로 흐르는 전류의 일부를 충전하고 여기에 충전된 전류를 최저 전압값을 갖는 배터리 셀(111)측으로 방전하는 역할을 한다.
이를 위하여, EQ 셀(130)은 FET(132), 저항 R1(134), 저항 R2(136) 등을 포함하여 구성되는데, 저항 R1(134)은 FET부(120)와 충전기(140) 사이에 연결되고, FET(132)는 저항 R1(134)에 병렬적으로 연결되며, 저항 R2(136)는 FET(132)에 직렬적으로 연결된다. 여기서, FET(132)는 전류를 충전하거나 방전하게 되고, 저항 R1(134)은 충전시 과전류를 방지하며, 저항 R2(136)은 방전시 과전류를 방지하는 역할을 하게 된다.
밸런스 제어부(150)는 주기적으로 배터리 셀(110)의 정보 즉, 전압을 측정하고 그 측정한 전압을 기준으로 충전시 또는 방전시 EQ 셀(130)의 충전 또는 방전을 제어함으로써, 다수의 배터리 셀(111) 간의 밸런스를 관리 또는 제어하게 된다. 이때, 밸전스 제어부(150)는 모든 배터리 셀(111)의 전압이 소정 임계값 이하의 전압편차가 될 때까지 EQ 셀(130)의 충전 또는 방전을 제어하는 과정을 반복하게 된다. 여기서, 전압편차 임계값은 0.01V 이하로 설정될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여, 배터리팩을 충전 또는 방전하는 경우로 구분하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩을 충전하는 동작원리를 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 전기자동차 등에 장착된 배터리팩(110)을 충전하는 경우에는 도 2에 도시한 바와 같이, 밸런스 제어부(150)에서는 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)의 전압값을 측정하게 된다.
그리고 밸런스 제어부(150)는 측정된 전압값을 근거로 최고 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 제1 충전용 FET(FET_c)에 흐르는 전류의 일부를 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전시킨다(도 2에서 진한 실선 참조).
계속하여, 밸런스 제어부(150)는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)과 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시키고 나서 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)의 전압값을 다시 측정하게 된다.
이러한 밸런스 제어부(150)에서는 측정된 전압값을 근거로 최소 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전된 전류를 제1 충전용 FET(FET_c) 측으로 방전시킨다.
아울러, 밸런스 제어부(150)에서는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시킨다.
이러한 충전 및 방전 과정이 계속해서 수행되다가 모터(160) 구동에 따른 배터리팩(110)에 대한 방전 신호가 들어오면 이러한 일련의 과정은 멈추게 된다.
또한, 본 발명에서는 펄스파(pulse wave)를 이용하여 충전 또는 방전을 하게 되는데, 이러한 펄스파는 배터리 셀(111)에 과전류로 인한 분리막 손상을 방지할 수 있는 잇점이 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 또는 방전 타이밍을 나타내는 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시키는 T1 구간에서는 전류를 충전하게 되고 T2 구간에서는 배터리 셀(111)의 전압값을 측정하게 된다. 그리고나서 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시키는 T3 구간에서는 전류를 방전하게 된다. 예컨대, 신호가 하이(1)인 경우에만 EQ 셀(130)을 통해 전류를 충전 또는 방전하게 되고, 신호가 로우(0)인 경우에는 배터리 셀(111)의 전압값을 측정하는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩을 충전하는 동작원리를 설명하기 위한 예시도이다.
반면에, 전기자동차 등에 장착된 모터(160)를 주행하여 배터리팩(110)을 방전하는 경우에는 도 4에 도시한 바와 같이, 밸런스 제어부(150)에서는 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)의 전압값을 측정하게 된다.
그리고 밸런스 제어부(150)는 측정된 전압값을 근거로 최고 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 제2 충전용 FET(FET_d)에 흐르는 전류의 일부를 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전시킨다(도 4에서 진한 실선 참조).
계속하여, 밸런스 제어부(150)는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시키고 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)의 전압값을 측정하게 된다.
밸런스 제어부(150)는 측정된 전압값을 근거로 최소 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전된 전류를 제2 충전용 FET(FET_d) 측으로 방전시킨다. 아울러, 밸런스 제어부(150)에서는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시킨다.
이러한 충전 및 방전 과정이 계속해서 수행되다가 전기 자동차에 장착된 배터리팩에 대한 충전 신호가 들어오면 이러한 일련의 과정은 멈추게 된다.
물론, 본 발명에 따른 시스템은 전기 자동차를 충전 중이거나 주행 중일 뿐 아니라 정지해 있는 경우에도 배터리 셀 간의 전압 밸런싱을 수행하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 충전중 배터리팩의 셀 밸런싱 제어과정을 순차적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면; 본 발명에 따른 배터리팩의 셀 밸런싱 제어방법은 먼저, 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)들의 전압값을 측정하고(S510), 측정된 전압값을 근거로 배터리 셀(111)들 간의 전압편차가 임계값 이상인지를 판단하게 된다(S520).
그리고 S520의 편차 임계값 판단단계에서 배터리 셀(111)들 간의 편차가 임계값 이하이면 셀 밸런싱을 수행하지 않지만, 배터리 셀(111)들 간의 편차가 임계값 이상이면 셀 밸런싱을 수행하게 된다.
즉, 최고 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 제1 충전용 FET(FET_c)에 흐르는 전류의 일부를 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전시킨다(S530). 그리고나서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시키고(S540), 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)의 전압값을 측정하게 된다(S550).
최소 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전된 전류를 제1 충전용 FET(FET_c) 측에 방전시킨다(S560). 그리고나서 최소 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제1 충전용 FET(FET_c)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시킨다(S570).
이후, 다시 S510 단계부터 수행하여 동일한 셀 밸런싱을 계속해서 수행함으로써, 충전중 다수의 모든 배터리 셀(111) 간의 전압편차가 임계값 이하로 유지하게 된다.
도 6은 모터(160) 기동을 위한 배터리팩(110)의 방전 시 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩의 셀 밸런싱 제어과정을 순차적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면; 본 발명에 따른 배터리팩의 셀 밸런싱 제어방법은 먼저, 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)들의 전압값을 측정하고(S610), 측정된 전압값을 근거로 배터리 셀(111)들 간의 전압편차가 임계값 이상인지를 판단하게 된다(S620).
그리고 S520의 편차 임계값 판단단계에서 배터리 셀(111)들 간의 편차가 임계값 이하이면 셀 밸런싱을 수행하지 않지만, 배터리 셀(111)들 간의 편차가 임계값 이상이면 셀 밸런싱을 수행하게 된다.
즉, 최고 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 제2 충전용 FET(FET_d)에 흐르는 전류의 일부를 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전시킨다(S630). 그리고나서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시키고(S640), 배터리팩(110)을 구성하는 다수의 배터리 셀(111)의 전압값을 측정하게 된다(S650).
최소 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 온 시켜 EQ 셀(130) 내의 FET(132)에 충전된 전류를 제2 충전용 FET(FET_d) 측에 방전시킨다(S660). 그리고나서 최소 전압값을 갖는 배터리 셀(111)에 연결된 제2 충전용 FET(FET_d)와 EQ 셀(130) 내의 FET(132)를 오프 시킨다(S670).
이후, 다시 S610 단계부터 수행하여 동일한 셀 밸런싱을 계속해서 수행함으로써, 주행중 다수의 모든 배터리 셀(111) 간의 전압편차가 임계값 이하로 유지하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 별도의 EQ 셀(130)을 이용하여 최고 전압을 갖는 셀측으로 흐르는 전류의 일부를 충전시키고 이 충전 전류를 최저 전압을 갖는 셀측으로 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써, 에너지 낭비를 최소화하고, 충전이나 방전 상태 등의 어떠한 경우에도 균등 전압을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 별도의 EQ 셀을 이용하여 최고 전압을 갖는 셀에 흐르는 전류의 일부를 충전시켜 최저 전압을 갖는 셀에 방전시키는 과정을 반복 수행함으로써, 과전류에 따른 분리막 손상을 방지하여 안정적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
본 발명에 의한, EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템 및 이의 제어방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
110: 배터리 셀
120: FET부
130: EQ 셀
140: 충전기
150: 밸런스 제어부
160: 모터

Claims (5)

  1. 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 이루어진 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템에 있어서;
    상기 셀 밸런싱 제어시스템은;
    상기 다수의 배터리 셀에 각각 제1 충전용 FET와 제2 충전용 FET가 병렬적으로 연결되며 상기 다수의 배터리 셀의 (+) 단자에 상기 제1 충전용 FET의 드레인(drain)과 상기 제2 충전용 FET의 소스(source)가 연결되어 상기 배터리팩의 충전 또는 방전에 따라 어느 하나가 온 되는 FET부와;
    상기 FET부와 충전기 사이에 배치되어 상기 FET부측으로 흐르는 전류의 일부를 충전하거나 충전된 전류를 상기 FET부측으로 방전하기 위한 EQ 셀과;
    상기 다수의 배터리 셀의 전압값을 측정하고 측정된 상기 전압값을 근거로 상기 다수의 배터리 셀 간의 편차전압이 미리 설정된 임계값 이상인지를 확인하며, 이 확인한 결과에 따라 상기 FET부와 상기 EQ 셀을 제어하여 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 잉여 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀에 충전하고, 상기 충전된 전류를 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 부족한 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 방전함으로써, 셀 밸런싱을 반복 수행하는 밸런스 제어부를; 구비하는 것을 특징으로 하는 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 EQ 셀은;
    상기 FET부와 상기 충전기 사이에 연결되어 충전 시 과전류를 방지하기 위한 제1저항과;
    상기 제1저항에 병렬적으로 연결되어 전류를 충전 또는 방전하는 FET와;
    상기 FET에 직렬적으로 연결되어 방전 시 과전류를 방지하기 위한 제2저항을; 포함하는 것을 특징으로 하는 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 밸런스 제어부에서는;
    상기 배터리팩의 충전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제1 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제1 충전용 FET 측으로 방전시키며;
    상기 배터리팩의 방전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제2 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제2 충전용 FET 측으로 방전시키는 것을 특징으로 하는 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어시스템.
  4. 직렬로 연결되어 배터리팩을 이루는 다수의 배터리 셀에 각각 제1 충전용 FET와 제2 충전용 FET가 병렬적으로 연결되며 상기 다수의 배터리 셀의 (+) 단자에 상기 제1 충전용 FET의 드레인(drain)과 상기 제2 충전용 FET의 소스(source)가 연결되어 상기 배터리팩의 충전 또는 방전에 따라 어느 하나가 온 되는 FET부와; 상기 FET부와 충전기 사이에 배치되어 상기 FET부측으로 흐르는 전류의 일부를 충전하거나 충전된 전류를 상기 FET부측으로 방전하기 위한 EQ 셀과; 상기 다수의 배터리 셀의 전압값을 측정하고 측정된 상기 전압값을 근거로 상기 다수의 배터리 셀 간의 편차전압이 임계값 이상인지를 확인하며, 이 확인한 결과에 따라 상기 FET부와 상기 EQ 셀을 제어하여 셀 밸런싱을 반복 수행하는 밸런스 제어부를 구비하는 셀 밸런싱 제어시스템을 통해 상기 배터리팩을 이루는 상기 다수의 배터리 셀의 밸런싱을 제어하는 방법에 있어서;
    상기 다수의 배터리 셀 각각의 전압값을 측정하는 단계와;
    상기 전압값 측정단계에서 측정된 상기 전압값을 근거로 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상인지를 확인하는 단계와;
    상기 전압편차 확인단계에서 확인된 결과에 따라 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 잉여 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀에 충전하거나 상기 충전된 전류를 상기 다수의 배터리 셀들 중 상기 임계값을 기준으로 부족한 전압값을 갖는 배터리 셀 측으로 방전하기 위한 상기 EQ 셀 및 상기 다수의 배터리 셀마다 연결된 상기 FET부를 제어하여 셀 밸런싱을 반복 수행하는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱을 반복 수행하는 단계에서는;
    상기 배터리팩의 충전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제1 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제1 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제1 충전용 FET 측으로 방전시키며;
    상기 배터리팩의 방전 시 상기 다수의 배터리 셀 간의 전압편차가 임계값 이상이면 상기 FET부 내에서 최고 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 제2 충전용 FET측으로 흐르는 전류의 일부를 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전시키고, 상기 FET부 내의 최저 전압값을 갖는 배터리 셀에 연결된 제2 충전용 FET와 상기 EQ 셀 내의 FET를 온 시켜 상기 EQ 셀 내의 FET에 충전된 전류를 상기 제2 충전용 FET 측으로 방전시키는 것을 특징으로 하는 EQ 셀을 이용한 배터리팩의 셀 밸런싱 제어방법.
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