KR101601713B1 - Apparatus and method for battery cell balancing - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리 관리 시스템에서 배터리의 효율을 높이기 위한 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system that can be used in an apparatus using electric energy. In particular, the present invention relates to a cell balancing apparatus and method for increasing the efficiency of a battery in a high voltage battery management system used in hybrid vehicles and electric vehicles.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다. In recent years, various devices such as industrial devices, home appliances and automobiles using high-voltage batteries have appeared, and especially in the field of automobile technology, the use of high-voltage batteries is becoming more active.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.Automobiles that use internal combustion engines that use fossil fuels such as gasoline or heavy oil as the main fuel have a serious impact on pollution such as air pollution. Therefore, in recent years, efforts have been made to develop an electric vehicle or a hybrid vehicle in order to reduce pollution.
전기자동차(EV; electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량, 배터리 용량의 한계 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 상용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 본격화 되었다.Electric vehicles (EVs) are vehicles that do not use petroleum fuels and engines but that use electric batteries and electric motors. That is, an electric vehicle that drives an automobile by rotating an electric motor that is accumulated in a battery is developed prior to a gasoline automobile, but is not commercialized because of problems such as a heavy weight of the battery, a limitation of the capacity of the battery, And environmental problems became serious, research for commercialization began in the 1990s.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다. HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있으며, 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.On the other hand, hybrid technology (HEV) that uses electric vehicles, fossil fuels and electric energy adaptively is being commercialized as battery technology has been developed remarkably. Since HEV uses gasoline and electricity together as a power source, it is evaluated positively in terms of fuel efficiency improvement and exhaust gas reduction, and it is expected to play an intermediate role in evolving into a fully electric vehicle.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.Since HEV and EV vehicles using such electric energy use a battery in which a plurality of rechargeable secondary cells are packed as a main power source, there is no exhaust gas and noise is small. have.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 절실히 요구되는 실정이다.Since the performance of a battery using the electric energy directly affects the performance of the vehicle, it is necessary to measure the voltage of each battery cell, the voltage and current of the entire battery, and to efficiently manage charge and discharge of each battery cell However, a battery management system (BMS) is required to monitor the state of a cell sensing IC that senses each battery cell, thereby enabling stable control of the corresponding cell.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a battery management system according to the prior art.
도 1을 참조하면, 차량용 배터리 관리 시스템(100)은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 스택(10), 차량 전자 장치(20) 및 배터리 제어장치(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a vehicle
배터리 스택(10)은 복수의 배터리 모듈(11, 12)을 포함하며, 배터리 모듈(11, 12)은 복수의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 스택(10)은 충전된 고전압 직류 전력을 모터 등의 차량 전자 장치(20)에 공급한다.The
배터리 제어장치(30)는 복수의 MCU(31, 32)와 상기 MCU를 제어하는 BCU(33)를 포함할 수 있다. 배터리 제어장치(30)는 배터리 스택과 연결되어 배터리 스택(10)의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 스택(10)의 충방전 동작을 제어한다.The
상기와 같이 복수의 배터리 셀을 결합한 배터리 관리 시스템에서는 구조적 차이에 기인한 배터리 셀 간의 전압 편차가 필연적으로 발생하게 된다. 이와 같은 전압편차는 배터리 전압의 균일성을 저해하게 되고, 결국에는 배터리 열화의 원인으로 작용하게 되어 배터리의 수명을 감소시킨다.As described above, in a battery management system combining a plurality of battery cells, a voltage deviation between battery cells due to a structural difference necessarily occurs. Such a voltage deviation hinders the uniformity of the battery voltage, and eventually acts as a cause of battery deterioration, thereby reducing the life of the battery.
따라서, 배터리 전력을 이용한 시스템 운용 중이나 배터리 셀의 충방전시 각 셀의 전압을 균등하게 유지하는 배터리 셀 밸런싱 동작은 배터리 관리 시스템의 매우 중요한 요소가 된다.Therefore, the battery cell balancing operation which maintains the voltage of each cell evenly during the operation of the system using the battery power or the charge / discharge of the battery cell becomes a very important element of the battery management system.
일본 특허공개공보 특개2014-17997호는 차량의 전지 제어 장치에 관한 것으로서, 배터리 셀 밸런싱 동작 수행시 낮은 셀의 전압을 기준으로 이보다 높은 셀 전압을 방전시키는 기술이 개시되어 있다.Japanese Patent Laying-Open No. 2014-17997 discloses a battery control device for a vehicle, which discharges a cell voltage higher than a lower cell voltage based on a battery cell balancing operation.
상기와 같은 종래기술에 따르면, 최저 전압을 갖는 배터리 셀을 제외한 모든 셀을 밸런싱 시키기 때문에 밸런싱 회로에 과다한 열이 발생하여 화재 및 폭발의 위험성이 문제점으로 대두되고 있다. 또한, 밸런싱 회로에 과다한 열이 발생하기 때문에 고사양의 방전저항 및 주변 소자들을 사용하여야 하는 문제점이 있다. 또한, 배터리 관련 회로의 과열로 인한 배터리 관리 시스템의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.According to the above conventional technology, since all the cells except for the battery cell having the lowest voltage are balanced, an excessive heat is generated in the balancing circuit, so that the risk of fire and explosion is a problem. In addition, since excessive heat is generated in the balancing circuit, a problem arises in that high-end discharge resistance and peripheral elements must be used. In addition, there is a problem that the durability of the battery management system is deteriorated due to overheating of the battery related circuit.
더 나아가서, 종래 배터리 관리 시스템은 배터리 충전기가 충전 동작을 수행하지 않을 때에만 셀 밸런싱 동작을 수행하여야 한다는 제약 사항이 있다.Furthermore, the conventional battery management system has a limitation that the cell balancing operation must be performed only when the battery charger does not perform the charging operation.
본 명세서는 배터리 관리 시스템에서 배터리셀 밸런싱 회로의 과열을 방지할 수 있는 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery cell balancing apparatus and method capable of preventing overheating of a battery cell balancing circuit in a battery management system.
또한, 저사양의 부품을 사용하더라도 과열을 방지할 수 있으므로, 제조 원가가 낮으며 내구성이 우수한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a battery cell balancing apparatus and method which are low in manufacturing cost and excellent in durability because overheating can be prevented even if a low-cost component is used.
또한, 배터리 충전 동작 중에도 셀 밸런싱을 수행하는 것이 가능한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a battery cell balancing apparatus and method capable of performing cell balancing even during a battery charging operation.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀 밸런싱 장치는 차량용 배터리 관리 시스템에 있어서, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 셀의 전압 임계치가 설정 저장된 저장부; 및 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하여 평균전압을 계산하고, 상기 배터리 셀 중 상기 저장부에 설정 저장된 임계치를 초과하는 전압값을 갖는 적어도 두개 이상의 셀들을 선택하여 서로 인접한 배터리 셀인지 판단하고, 서로 인접한 셀들로 판단된 경우 전압값이 높은 순서로 순차적으로 방전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a battery cell balancing apparatus includes: a battery module including a plurality of battery cells; A storage unit for storing a voltage threshold of the battery cell; And a controller connected to the battery module to monitor and control the charge / discharge state of the battery cells of the battery module, wherein the controller calculates an average voltage by measuring a voltage of the plurality of battery cells, The control unit selects at least two or more cells having a voltage value exceeding a threshold value set in the storage unit to determine whether the cells are adjacent to each other or to sequentially discharge the cells in the order of a higher voltage value .
또한, 상기 제어부는 상기 임계치를 초과하는 배터리 셀이 선택된 경우, 상기 배터리 모듈이 충전중인지 판단하고, 충전중인 경우 배터리 모듈의 충전 동작을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The controller may determine whether the battery module is being charged when the battery cell exceeding the threshold value is selected, and stop the charging operation of the battery module when the battery module is being charged.
또한, 상기 제어부는 상기 저장부에 설정 저장된 임계치를 상기 배터리 셀들의 평균전압에 따라서 적응적으로 변경하여 재설정하고 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 한다.In addition, the controller may adaptively change a threshold value set in the storage unit according to an average voltage of the battery cells, reset the threshold, and store the threshold value in the storage unit.
또한, 상기 제어부는 상기 최고 전압셀의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 재측정하여 평균전압을 다시 계산하고, 임계치를 초과하는 최고 전압셀의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 순차적으로 방전하는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Also, the controller may discharge the voltage of the highest voltage cell until it reaches the average voltage, then re-calculate the voltage of the plurality of battery cells to recalculate the average voltage, And the step of discharging is repeatedly performed until the voltage reaches the average voltage.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치는 차량용 배터리 관리 시스템에 있어서, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 셀의 전압 임계치가 설정 저장된 저장부; 및 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하여 평균전압을 계산하고, 상기 배터리 셀 중 상기 저장부에 설정 저장된 임계치를 초과하는 전압값을 갖는 적어도 두개 이상의 셀들을 선택하여 서로 인접한 셀인지 판단하고, 서로 인접한 셀들로 판단된 경우 홀수번째 셀과 짝수번째 셀을 번갈아 가면서 순차적으로 방전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a cell balancing apparatus includes: a battery module including a plurality of battery cells; A storage unit for storing a voltage threshold of the battery cell; And a controller connected to the battery module to monitor and control the charge / discharge state of the battery cells of the battery module, wherein the controller calculates an average voltage by measuring a voltage of the plurality of battery cells, Numbered cells and the odd-numbered cells and the even-numbered cells are sequentially discharged when the cells are determined as adjacent cells by selecting at least two cells having a voltage value exceeding the threshold value set in the storage unit, .
또한, 상기 제어부는 상기 임계치를 초과하는 배터리 셀이 선택된 경우, 상기 배터리 모듈이 충전중인지 판단하고, 충전중인 경우 배터리 모듈의 충전 동작을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The controller may determine whether the battery module is being charged when the battery cell exceeding the threshold value is selected, and stop the charging operation of the battery module when the battery module is being charged.
또한, 상기 제어부는 상기 저장부에 설정 저장된 임계치를 상기 배터리 셀들의 평균전압에 따라서 적응적으로 변경하여 재설정하고 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 한다.In addition, the controller may adaptively change a threshold value set in the storage unit according to an average voltage of the battery cells, reset the threshold, and store the threshold value in the storage unit.
또한, 상기 제어부는 상기 홀수번째 배터리 셀들의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 재측정하여 평균전압을 다시 계산하고, 임계치를 초과하는 상기 짝수번째 배터리 셀들의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 순차적으로 방전하는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Also, the controller may discharge the voltages of the odd-numbered battery cells until the voltage reaches the average voltage, re-calculate the average voltage by re-measuring the voltages of the plurality of battery cells, And discharging the battery cells repeatedly until the voltage of the battery cells reaches the average voltage.
본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법은 다수의 배터리 셀을 포함하는 차량용 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 방법에 있어서, 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 배터리 셀들의 평균전압을 계산하는 단계; 상기 배터리 셀 중 기 설정된 배터리 셀의 전압 임계치를 초과하는 복수의 배터리 셀들을 선택하는 단계; 상기 선택된 복수의 배터리 셀들이 서로 인접한 셀인지 판단하는 단계; 및 상기 판단결과 복수의 인접한 배터리 셀들이 존재하는 것으로 확인된 경우, 전압값이 높은 순서대로 순차적으로 상기 배터리 셀을 방전하는 단계를 포함한다.A method of balancing battery cells according to an embodiment of the present invention is a method of balancing cells in a battery management system for a vehicle including a plurality of battery cells, the method comprising: measuring a voltage of the plurality of battery cells; Calculating an average voltage of the measured battery cells; Selecting a plurality of battery cells exceeding a voltage threshold of a predetermined battery cell among the battery cells; Determining whether the selected plurality of battery cells are adjacent to each other; And discharging the battery cells sequentially in order of increasing voltage when it is determined that a plurality of adjacent battery cells exist.
상기 방법에 있어서, 상기 배터리 셀의 방전 단계는, 상기 배터리 셀들이 충전중인지 판단하는 단계; 상기 판단 결과 충전중인 경우 상기 충전 동작을 중지하는 단계; 및 상기 배터리 셀의 전압을 상기 평균전압에 도달할 때까지 순차적으로 방전하는 단계인 것을 특징으로 한다.The discharging of the battery cell may include: determining whether the battery cells are being charged; Stopping the charging operation when charging is determined as a result of the determination; And sequentially discharging the voltage of the battery cell until the average voltage is reached.
또한, 상기 측정된 배터리 셀들의 평균전압을 계산하는 단계는, 상기 계산된 평균전압에 따라서 기 설정된 배터리 셀의 전압 임계값을 갱신하는 단계를 더 포함한다.The step of calculating the average voltage of the measured battery cells may further include the step of updating the voltage threshold value of the predetermined battery cell according to the calculated average voltage.
또한, 상기 배터리 셀의 방전 단계는, 최고 전압셀의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 재측정하여 평균전압을 다시 계산하고, 임계치를 초과하는 최고 전압셀의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 순차적으로 방전하는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The discharging of the battery cell may include discharging until the voltage of the highest voltage cell reaches the average voltage, then re-calculating the voltage of the plurality of battery cells to recalculate the average voltage, And repeats the process of sequentially discharging until the voltage of the highest voltage cell reaches the average voltage.
본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법은, 다수의 배터리 셀을 포함하는 차량용 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 방법에 있어서, 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 배터리 셀들의 평균전압을 계산하는 단계; 상기 배터리 셀 중 기 설정된 배터리 셀의 전압 임계치를 초과하는 복수의 배터리 셀들을 선택하는 단계; 상기 선택된 복수의 배터리 셀들이 서로 인접한 셀인지 판단하는 단계; 및 상기 판단결과 복수의 인접한 배터리 셀들이 존재하는 것으로 확인된 경우, 홀수번째 셀과 짝수번째 셀을 번갈아 가면서 순차적으로 방전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery balancing method for a vehicle battery management system including a plurality of battery cells, the balancing method comprising: measuring a voltage of the plurality of battery cells; Calculating an average voltage of the measured battery cells; Selecting a plurality of battery cells exceeding a voltage threshold of a predetermined battery cell among the battery cells; Determining whether the selected plurality of battery cells are adjacent to each other; And controlling to sequentially discharge odd-numbered cells and even-numbered cells alternately when it is determined that a plurality of adjacent battery cells exist.
상기 방법에 있어서, 상기 배터리 셀 선택 단계는, 상기 배터리 셀들이 충전중인지 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 충전중인 경우 상기 충전 동작을 중지하는 단계를 더 포함한다.In the method, the battery cell selecting step may include: determining whether the battery cells are being charged; And stopping the charging operation if it is determined that the charging operation is being performed.
또한, 상기 측정된 배터리 셀들의 평균전압을 계산하는 단계는, 상기 계산된 평균전압에 따라서 기 설정된 배터리 셀의 전압 임계값을 갱신하는 단계를 더 포함한다.The step of calculating the average voltage of the measured battery cells may further include the step of updating the voltage threshold value of the predetermined battery cell according to the calculated average voltage.
또한, 상기 배터리 셀의 방전 단계는, 상기 홀수번째 배터리 셀들의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 재측정하여 평균전압을 다시 계산하고, 임계치를 초과하는 상기 짝수번째 배터리 셀들의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 순차적으로 방전하는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The discharging of the battery cell may include discharging until the voltage of the odd-numbered battery cells reaches the average voltage, re-calculating the average voltage by re-measuring the voltage of the plurality of battery cells, And sequentially discharging the battery cells until the voltage of the even-numbered battery cells exceeds the average voltage.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 본 명세서는 배터리 관리 시스템에서 배터리셀 밸런싱 회로의 과열을 방지할 수 있으므로 고전압 배터리의 화재 및 폭발의 위험을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, the present specification can prevent the overheat of the battery cell balancing circuit in the battery management system, thereby preventing the risk of fire and explosion of the high voltage battery.
또한, 본 명세서의 배터리 관리 시스템은 배터리 셀들의 평균전압과 임계전압을 이용하여 셀 밸런싱을 수행함으로써 보다 효율적인 셀 밸런싱 동작이 가능하며 배터리 가용 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the battery management system of the present invention performs cell balancing using the average voltage and the threshold voltage of the battery cells, thereby achieving a more efficient cell balancing operation and increasing the usable capacity of the battery.
또한, 본 명세서의 실시예에 따르면 저사양의 부품을 사용하더라도 과열을 방지할 수 있으므로, 제조 원가가 낮으며 내구성이 우수한 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법이 제공되는 효과가 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent overheating even if a low-cost component is used, thereby providing a battery cell balancing apparatus and method with low manufacturing cost and excellent durability.
또한, 본 명세서의 실시예에 따르면 배터리 충전 동작 중에도 셀 밸런싱을 수행하는 것이 가능한 효과가 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to perform cell balancing even during the battery charging operation.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 셀들의 측정 전압을 예시적으로 도시한 참고도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 6은 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀들의 측정 전압을 예시적으로 도시한 참고도이다.
도 7은 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 8은 본 명세서의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀들의 측정 전압을 예시적으로 도시한 참고도이다.
도 9는 본 명세서의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.1 is a block diagram of a conventional battery management system.
2 is a block diagram of a battery management system in accordance with one embodiment of the present disclosure;
3 is a reference view illustrating an exemplary measured voltage of battery cells according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart sequentially illustrating a battery cell balancing method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a battery cell balancing method according to another embodiment of the present invention.
6 is a reference view exemplarily showing a measured voltage of battery cells according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart sequentially illustrating a battery cell balancing method according to another embodiment of the present invention.
8 is a reference view exemplarily showing a measured voltage of battery cells according to another embodiment of the present invention.
9 is a flowchart sequentially illustrating a battery cell balancing method according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In describing the embodiments, descriptions of techniques which are well known in the technical field to which this specification belongs and which are not directly related to this specification are not described. This is for the sake of clarity without omitting the unnecessary explanation and without giving the gist of the present invention.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size. In the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals.
이하, 도 2를 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a battery management system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.2 is a block diagram of a battery management system in accordance with one embodiment of the present disclosure;
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(200)는 배터리 모듈(13) 및 셀 밸런싱 장치(40)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a
배터리 모듈(13)은 복수의 배터리 셀을 포함하며, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 4개의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)들이 직렬 연결된 경우를 가정하여 설명한다. 또한, 상기 배터리 모듈(13)은 복수개로 구성될 수 있으며, 충전된 고전압 직류 전력을 차량에 구비되어 있는 모터 등에 공급하고, 충전 장치를 통해서 충전 전압을 공급받는다.The
셀 밸런싱 장치(40)는 저장부(41) 및 제어부(42)를 포함한다. The
각 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)은 각 셀에 연결된 스위치(S1, S2, S3, S4)를 통해서 방전저항(R)에 연결될 수 있다. 따라서, 셀 밸런싱 장치(40)는 각 셀의 전압을 측정하여 충전 및 방전이 필요한 경우 제어부(42)를 통해서 상기 스위치(S1, S2, S3, S4)의 온 오프 동작을 제어하여 배터리 셀의 충전 및 방전 동작을 수행한다.Each of the battery cells C1, C2, C3 and C4 may be connected to the discharging resistor R through switches S1, S2, S3 and S4 connected to the respective cells. Therefore, the
저장부(41)에는 배터리 셀의 임계 전압값(이하, '임계값' 또는 '임계치'라 함)이 설정되어 저장된다. 상기 배터리 셀의 임계치는 배터리 셀의 과충전으로 인하여 화재, 폭발 등 위험에 도달할 수 있다고 판단되는 기준 전압값이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 셀은 2차 전지의 전기화학적 특성, 노후화 여부, 주변 온도 및 사용조건 등에 따라서 배터리 용량이 변화될 수 있으며, 이를 감안하여 임계치의 설정 기준이 변경될 수 있다. 예를 들면, 최소 배터리 셀에 설정된 전압 임계치를 VT라고 할 때, 배터리 셀의 잦은 충방전에 따른 용량 감소 또는 배터리 셀의 주변 온도가 높은 경우 등에는 셀 전압이 임계치 VT에 미치지 못하더라도 화재 및 폭발의 위험이 있을 수 있다. 따라서, 저장부(41)에 저장되는 배터리 셀의 임계치는 배터리의 평균전압값 등을 고려하여 주기적, 적응적으로 갱신되도록 한다. A threshold voltage value (hereinafter referred to as a 'threshold value' or a 'threshold value') of the battery cell is set and stored in the
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리 셀의 초기 전압 임계치로 설정된 'VT'는 리튬이온 배터리의 공칭전압(公稱電壓, nominal voltage) 인 3.75V를 기준으로 배터리 셀들의 평균 전압이 3.75V 이상인 경우는 초기 전압 임계치 VT를 계속 유지한다. 그러나, 배터리 셀들의 평균 전압이 배터리 셀의 공칭전압인 3.75V 이하인 경우에는 그 차이값 만큼 보상을 하여 배터리 셀의 전압 임계치를 낮추고 이를 VT로 재설정하여 저장부(41)에 저장한다. 이는 배터리가 노후화 됨에 따라서 리튬이온 배터리의 공칭 전압인 3.75V를 유지하지 못하고 더 낮아지는 경향이 있으며, 노후화된 배터리는 동일한 충/방전 전류에서 과충전과 과방전이 더욱 빠르게 일어나며 내부 저항이 증가하는 특성이 있다. 따라서, 본 명세서의 실시예에서는 이와 같은 특성을 고려하여 배터리 셀의 임계 전압을 더 낮춰서 관리를 한다.According to another embodiment of the present invention, the 'VT' set to the initial voltage threshold of the battery cell is set to 3.75 V, which is the nominal voltage of the lithium ion battery, when the average voltage of the battery cells is 3.75 V or more Lt; RTI ID = 0.0 > VT. ≪ / RTI > However, if the average voltage of the battery cells is 3.75 V or less, which is the nominal voltage of the battery cell, the voltage value of the battery cell is compensated for by compensating for the difference to reset the voltage threshold value to VT and stored in the
제어부(42)는 배터리 모듈(13)의 복수의 배터리 셀의 충방전 상태를 모니터링 및 제어한다. 즉, 제어부(42)는 복수의 배터리 셀의 전압, 전류, 충전 상태, 온도 등과 같은 작동 특성을 모니터링한다. 또한, 복수의 배터리 셀을 모니터링한 결과를 통해 배터리 셀을 충전 또는 방전되도록 제어한다. 예를 들어, 배터리 셀의 충전 전압이 기 설정된 충전 임계값을 초과하는 경우 스위칭 동작을 통하여 배터리 셀을 방전시킨다. The
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 제어부(42)는 다수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)들의 전압을 측정하여 평균전압(VA)을 계산하고, 상기 배터리 셀 중 최고 전압 셀을 선택하여 셀 전압값이 저장부(41)에 설정 저장된 임계치(VT)를 초과하는지 판단한다. 판단 결과, 최고 전압 셀의 셀 전압값이 임계치(VT)를 초과하는 경우, 최고 전압 셀의 전압이 평균전압(VA)에 도달할 때까지 방전하도록 제어한다. According to an embodiment of the present invention, the
즉, 피크 값을 갖는 셀 전압 값을 기준으로 임계치와 비교하여 셀 밸런싱이 요구되는지 판단하고, 피크 값을 갖는 셀이 임계치 VT보다 큰 경우에는 해당 셀에 대해서만 밸런싱을 위한 방전을 수행한다. 이후 다시 피크 값을 갖는 셀들을 하나씩 확인하여 방전 동작을 반복 수행한다. 따라서, 종래 기술에서와 같이 다수의 셀들을 동시 방전함으로써 발생되는 발열 등의 문제가 본 실시예에서는 발생되지 않는 장점이 있다. 또한, 최저 전압 셀을 기준으로 방전 대상 셀들을 선택하는 것이 아니라 전체 셀들의 평균 전압값 VA과 adaptive한 임계값 VT을 기준으로 방전 대상 셀을 선택하기 때문에 불필요하거나 과도한 셀 밸런싱을 방지할 수 있다. That is, it is determined whether cell balancing is required by comparing the cell voltage value having a peak value with a threshold value. If a cell having a peak value is larger than the threshold value VT, the cell is discharged for balancing only for the cell. Thereafter, the cells having the peak value are checked one by one to repeat the discharging operation. Therefore, there is an advantage that a problem such as heat generated by simultaneous discharge of a plurality of cells as in the prior art is not generated in the present embodiment. Furthermore, since the cells to be discharged are selected based on the average voltage value VA of all the cells and the adaptive threshold value VT instead of selecting the cells to be discharged based on the lowest voltage cell, unnecessary or excessive cell balancing can be prevented.
한편, 본 명세서의 다른 일 실시예에 따르면, 제어부(42)는 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하여 평균전압(VA)을 계산하고, 저장부(41)에 설정 저장된 임계치(VT)를 초과하는 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 선택하고, 선택된 배터리 셀의 전압이 평균전압(VA)에 도달할 때까지 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 방전하도록 제어한다.According to another embodiment of the present invention, the
즉, 임계치 VT를 기준으로 이를 초과하는 다수의 셀들을 찾아내고, 이들 복수개의 셀들에 대해서 동시에 방전을 수행한다. 따라서, 본 실시예에서는 복수의 셀들을 동시 방전할 수 있다. 또한, 최저 전압 셀을 기준으로 방전 대상 셀들을 선택하는 것이 아니라 전체 셀들의 평균 전압값과 adaptive한 임계값을 기준으로 방전 대상 셀을 선택하기 때문에 불필요하거나 과도한 셀 방전을 방지할 수 있다.That is, a plurality of cells exceeding the threshold VT are detected, and a discharge is simultaneously performed on the plurality of cells. Therefore, in this embodiment, a plurality of cells can be discharged simultaneously. In addition, instead of selecting the cells to be discharged based on the lowest voltage cell, the discharge target cells are selected based on the average voltage value of all the cells and the adaptive threshold value, so that unnecessary or excessive cell discharge can be prevented.
이때, 다수의 셀들이 동시에 방전되더라도 과열이 발생되는 것을 방지하기 위해서 제어부(42)는 임계치 VT를 초과하는 복수의 셀들이 서로 인접한 셀인지 확인을 한다. 만약 임계치 VT를 초과하는 복수의 셀들이 서로 인접한 셀인 경우에는 피크 전압값을 갖는 셀을 우선 방전하고 이후 다음 피크 전압값을 갖는 셀을 확인하여 순차적으로 방전을 한다. 또는 임계치 VT를 초과하는 복수의 셀들이 서로 인접한 셀인 경우에는 홀수번째 셀들(또는 짝수번째 셀들)을 우선 방전하고, 짝수번째 셀들(또는 홀수번째 셀들)을 다음 순서로 순차적으로 방전함으로써 다수의 셀들이 동시에 방전되더라도 인접셀 동시 방전에 따른 과열이 발생되는 것을 방지한다.At this time, in order to prevent the occurrence of overheating even when a plurality of cells are simultaneously discharged, the
상기 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법은 도 3 및 도 6의 사례를 기준으로 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명한다.The cell balancing method according to the embodiment will be described in more detail with reference to FIG. 7 based on the case of FIG. 3 and FIG.
도 3 및 도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 셀들의 측정 전압을 예시적으로 도시한 참고도이다.FIGS. 3 and 6 are reference views illustrating exemplary measured voltages of battery cells according to an embodiment of the present invention.
도 3의 경우를 참조하면, 4개의 셀들 C1, C2, C3 및 C4가 직렬 연결되어 있다고 가정할 때, 각 셀의 측정 전압은 각각 VC1, VC2, VC3 및 VC4 라고 하고, 셀 전압의 임계치는 VT, 4개의 셀들의 평균전압은 VA 라고 가정한다.3, assuming that four cells C1, C2, C3, and C4 are connected in series, the measured voltages of the respective cells are VC1, VC2, VC3, and VC4, , And the average voltage of the four cells is VA.
이때, 도시된 바와 같이, 인접하지 않은 셀1 및 셀3의 측정전압 VC1 및 VC3가 임계치 VT를 초과한다고 가정한다. 따라서, 셀 측정 전압을 기준으로 셀1 및 셀3이 과충전 상태임을 알 수 있다. At this time, it is assumed that the measured voltages VC1 and VC3 of the non-adjacent cells 1 and 3 exceed the threshold value VT, as shown in the figure. Therefore, it can be seen that cells 1 and 3 are in an overcharged state based on the measured cell voltage.
도 6의 경우를 참조하면, 4개의 셀들 C1, C2, C3 및 C4가 직렬 연결되어 있다고 가정할 때, 각 셀의 측정 전압은 각각 V1, V2, V3 및 V4 라고 하고, 셀 전압의 임계치는 VT, 4개의 셀들의 평균전압은 VA 라고 가정한다.6, assuming that four cells C1, C2, C3 and C4 are connected in series, the measured voltages of the respective cells are V1, V2, V3 and V4, respectively, and the threshold of the cell voltage is VT , And the average voltage of the four cells is VA.
이때, 도시된 바와 같이, 인접한 셀3 및 셀4의 측정전압 V3 및 V4가 임계치 VT를 초과한다고 가정한다. 따라서, 셀 측정 전압을 기준으로 셀3 및 셀4가 과충전 상태임을 알 수 있다. At this time, as shown, it is assumed that the measured voltages V3 and V4 of the adjacent cells 3 and 4 exceed the threshold value VT. Therefore, it can be seen that cells 3 and 4 are in an overcharged state based on the cell measurement voltage.
이와 같은 상황을 기준으로 셀 밸런싱 실시예를 상세히 설명한다.Cell balancing embodiments will be described in detail based on such a situation.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.4 is a flowchart sequentially illustrating a battery cell balancing method according to an embodiment of the present invention.
우선, 제어부(42)는 개별 셀들의 전압을 측정하고(S401), 4개 셀들의 평균전압(VA)을 계산한다(S403).First, the
이후, 최고 전압의 셀과 해당 셀의 전압값을 확인하고(S405), 해당 전압값이 기 설정된 임계치(VT)를 초과하는지 판단한다(S407).Thereafter, the voltage of the highest voltage cell and the voltage of the corresponding cell are checked (S405), and it is determined whether the corresponding voltage value exceeds a predetermined threshold value VT (S407).
앞서 설명한 도 3의 경우를 살펴보면, 셀3의 전압값이 전체 셀 중 가장 피크 값을 갖게 되므로 제어부(42)는 셀3의 전압 VC3을 기준으로 임계치 VT와 비교한다. 비교결과 VC3 값이 VT보다 크므로, 제어부(42)에서는 셀 밸런싱을 위한 방전이 필요하다고 판단한다.3, the
이때, 제어부(42)에서는 배터리 모듈이 충전중인지 판단하고(S409), 배터리 모듈이 충전중이 아닌 경우에는 최고 전압 셀3의 방전을 시작하고(S413), 충전중인 경우에는 배터리 모듈의 충전 동작을 중지(S411)하도록 제어한 후 최고 전? 셀3의 방전을 시작할 수 있다(S413).At this time, the
이후, 방전을 통해서 셀3의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인한다(S415). 상기 방전 셀의 목표 전압값은 평균전압(VA)으로 설정될 수 있다.Then, it is checked whether the voltage of the cell 3 reaches the target voltage value through discharge (S415). The target voltage value of the discharge cell may be set to the average voltage VA.
셀3이 방전 동작을 통해서 목표전압(VA)에 도달한 경우에는, 셀3의 방전을 중지하고 다시 최초 단계로 피드백하여 4개의 셀의 개별 전압 측정(S401) 및 평균전압을 계산한다(S403). When the cell 3 reaches the target voltage VA through the discharging operation, the discharging of the cell 3 is stopped and the voltage is again fed back to the initial stage to calculate the individual voltage measurement S401 and the average voltage of the four cells (S403) .
앞서 설명한 도 3의 경우를 살펴보면, 셀3의 전압값이 방전을 통해서 VA로 변경되었으므로, 다음 피크 값을 갖는 셀1이 전체 셀 중 최대 값을 갖게 될 것이다. 따라서, 셀3의 방전 과정과 동일하게 셀1에 대해서도 방전을 수행한다. 이와 같이 피크 값을 갖는 셀들을 순차적으로 확인하여 방전을 함으로써 셀들을 동시 방전함으로써 발생되는 발열 등의 문제가 방지될 수 있다.In the case of FIG. 3 described above, since the voltage value of the cell 3 is changed to VA through discharging, the cell 1 having the next peak value will have the maximum value among all the cells. Therefore, the discharge is also performed to the cell 1 in the same manner as the discharge process of the cell 3. The cells having peak values are sequentially checked to discharge the cells, thereby preventing the problems such as heat generation caused by simultaneously discharging the cells.
도 5는 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a battery cell balancing method according to another embodiment of the present invention.
우선, 제어부(42)는 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로 개별 셀들의 전압을 측정하고(S501), 4개 셀들의 평균전압(VA)을 계산한다(S503).First, the
이후, 기 설정된 임계치(VT)를 초과하는지 셀들(C1, C3)이 존재하는지 확인한다(S505).Thereafter, it is determined whether cells C1 and C3 exist or not (S505).
도 3의 경우를 살펴보면, 셀1 및 셀3의 전압값 VC1 및 VC3가 임계치 VT를 초과하므로, 제어부(42)에서는 셀1 및 셀3을 셀 밸런싱을 위한 방전 대상 셀로 선택한다.3, since the voltage values VC1 and VC3 of the cell 1 and the cell 3 exceed the threshold value VT, the
이때, 제어부(42)에서는 배터리 모듈이 충전중인지 판단하고(S509), 배터리 모듈이 충전중이 아닌 경우에는 임계치를 초과하는 셀1 및 셀3의 방전을 동시에 시작하고(S513), 충전중인 경우에는 배터리 모듈의 충전 동작을 중지(S511)하도록 제어한 후 셀1 및 셀3의 방전을 시작할 수 있다(S513).At this time, the
이후, 스위칭 제어를 통한 셀 방전을 통해서 셀1 및 셀3의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인한다(S515). 상기 방전 셀의 목표 전압값은 평균전압(VA)으로 설정될 수 있다.Then, it is confirmed whether the voltages of the cell 1 and the cell 3 reach the target voltage value through the cell discharge through the switching control (S515). The target voltage value of the discharge cell may be set to the average voltage VA.
셀1 및 셀3이 방전 동작을 통해서 목표전압(VA)에 도달한 경우에는, 셀1 및 셀3의 방전을 중지하고 다시 최초 단계로 피드백하여 4개의 셀의 개별 전압 측정(S501) 및 평균전압을 계산한다(S503). When the cell 1 and the cell 3 reach the target voltage VA through the discharging operation, the discharging of the cell 1 and the cell 3 is stopped and then fed back to the initial stage so that the individual voltage measurement S501 of the four cells and the average voltage (S503).
앞서 설명한 도 3의 경우를 살펴보면, 임계치 VT를 초과한 셀1 및 셀3의 전압값이 방전을 통해서 VA로 변경되었으므로, 특별한 경우가 발생되지 않는 다면, 4개 셀의 셀 전압값이 임계치 VT 이하로 떨어졌으므로 더 이상의 셀 밸런싱이 요구되지 않을 것이다. 따라서, 본 실시예에 따르면 임계치 VT를 초과하는 복수의 셀에 대해서 한번에 방전을 수행할 수 있으므로 셀 밸런싱 과정이 보다 간단하고 신속하게 수행될 수 있는 장점이 있다.3, since the voltage values of the cells 1 and 3 exceeding the threshold value VT have been changed to VA through discharging, if the cell voltage value of the four cells is less than the threshold value VT No more cell balancing will be required. Therefore, according to the present embodiment, since a plurality of cells exceeding the threshold value VT can be discharged at one time, the cell balancing process can be performed more simply and quickly.
그러나 본 실시예에서도 경우에 따라서는 인접한 다수의 셀들이 VT를 초과하는 경우가 발생된다면 이들 인접 셀을 모두 동시에 방전할 경우 과열로 인한 문제점이 발생될 수 있다. However, in the present embodiment, if a plurality of neighboring cells exceeds VT, a problem may occur due to overheating when all of the adjacent cells are discharged at the same time.
도 6의 경우를 참조하면, 4개의 셀들 중 인접한 셀3 및 셀4의 측정전압 V3 및 V4가 임계치 VT를 초과하였으므로 셀3 및 셀4의 방전이 요구된다. 6, since the measured voltages V3 and V4 of the adjacent cells 3 and 4 of the four cells exceed the threshold value VT, the discharges of the cells 3 and 4 are required.
도 7은 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도로서, 도 6의 경우와 같이 복수의 인접한 셀들의 셀 밸런싱 과정을 도시한 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart sequentially illustrating a battery cell balancing method according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart illustrating a cell balancing process of a plurality of adjacent cells as in the case of FIG.
우선, 제어부(42)는 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로 개별 셀들의 전압을 측정하고(S701), 4개 셀들의 평균전압(VA)을 계산한다(S703).First, the
이후, 기 설정된 임계치(VT)를 초과하는지 셀들(C3, C4)이 존재하는지 확인한다(S705).Thereafter, it is determined whether cells C3 and C4 are present to exceed the preset threshold value VT (S705).
도 6의 경우를 살펴보면, 셀3 및 셀4의 전압값 V3 및 V4가 임계치 VT를 초과하므로, 제어부(42)에서는 셀3 및 셀4를 셀 밸런싱을 위한 방전 대상 셀로 선택한다.6, since the voltage values V3 and V4 of the cells 3 and 4 exceed the threshold value VT, the
이때, 제어부(42)에서는 배터리 모듈이 충전중인지 판단하고, 배터리 모듈이 충전중인 경우에는 배터리 모듈의 충전 동작을 중지하도록 제어한 후 셀1 및 셀3의 방전을 시작할 수 있다.At this time, the
한편, 제어부(42)는 임계치 VT를 초과하는 배터리 셀들이 인접한 셀인지 확인한다(S709)On the other hand, the
S709단계에서 판단결과, 인접한 셀이 아닌 경우에는 스위칭 제어를 통한 셀 방전을 통해서 방전 셀들의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인한다(S725). 상기 방전 셀의 목표 전압값은 평균전압(VA)으로 설정될 수 있다.As a result of the determination in step S709, if the cell is not an adjacent cell, it is checked whether the voltage of the discharge cells reaches the target voltage value through the cell discharge through the switching control (S725). The target voltage value of the discharge cell may be set to the average voltage VA.
상기 방전 동작을 통해서 방전 셀들의 전압이 목표전압(VA)에 도달한 경우에는, 방전을 중지하고 다시 최초 단계로 피드백하여 4개의 셀의 개별 전압 측정(S701) 및 평균전압을 계산한다(S703). When the voltage of the discharge cells reaches the target voltage VA through the discharging operation, the discharge is stopped and the discharge is again fed back to the initial stage to calculate the individual voltage measurement S701 and the average voltage of the four cells (S703) .
S709단계에서 판단결과, 인접한 셀로 판단된 경우에는 이들 중 셀 전압값이 최고값을 갖는 셀(C3)를 먼저 선택하여 방전한다(S713).As a result of the determination in step S709, if it is determined as an adjacent cell, the cell C3 having the highest cell voltage value is first selected and discharged (S713).
이후, 상기 배터리 셀(C3)의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인한다(S715). 상기 방전 셀의 목표 전압값은 평균전압(VA)으로 설정될 수 있다.Then, it is confirmed whether the voltage of the battery cell C3 reaches the target voltage value (S715). The target voltage value of the discharge cell may be set to the average voltage VA.
상기 방전 동작을 통해서 배터리 셀(C3)의 전압이 목표전압(VA)에 도달한 경우에는, 다음 최고값을 갖는 셀(C4)을 선택하여 방전한다(S717).When the voltage of the battery cell C3 reaches the target voltage VA through the discharging operation, the cell C4 having the next highest value is selected and discharged (S717).
이후, 상기 배터리 셀(C4)의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인하고 다음 최고값을 갖는 셀들을 순차적으로 선택하여 방전을 완료한다(S727). 이후 과정은 앞서 설명한 실시예와 동일하며 상세한 설명은 생략한다.Thereafter, it is confirmed whether the voltage of the battery cell C4 reaches the target voltage value, and the cells having the next highest value are sequentially selected to complete the discharge (S727). The subsequent steps are the same as those of the previously described embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
도 8은 본 명세서의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀들의 측정 전압을 예시적으로 도시한 참고도이다. 8 is a reference view exemplarily showing a measured voltage of battery cells according to another embodiment of the present invention.
도 8의 경우를 참조하면, 8개의 셀들 C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 및 C8가 직렬 연결되어 있다고 가정할 때, 각 셀의 측정 전압은 각각 V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7 및 V8 라고 하고, 셀 전압의 임계치는 VT, 8개의 셀들의 평균전압은 VA 라고 가정한다.8, assuming that eight cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 and C8 are connected in series, the measured voltages of the respective cells are V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, and V8, the threshold value of the cell voltage is VT, and the average voltage of the eight cells is VA.
이때, 도시된 바와 같이, 인접한 셀3 내지 셀6의 측정전압 V3 내지 V6가 임계치 VT를 초과한다고 가정한다. 따라서, 셀 측정 전압을 기준으로 인접한 셀 4개인 셀3, 셀4, 셀5 및 셀6이 과충전 상태임을 알 수 있다. At this time, it is assumed that the measured voltages V3 to V6 of the adjacent cells 3 to 6 exceed the threshold value VT as shown. Therefore, it can be seen that cells 3, 4, 5, and 6 of adjacent cells 4 are in an overcharged state based on the measured cell voltage.
도 9는 본 명세서의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 순서도로서, 도 8의 경우와 같이 복수의 인접한 셀들의 셀 밸런싱 과정을 도시한 순서도이다.FIG. 9 is a flowchart sequentially illustrating a battery cell balancing method according to another embodiment of the present invention, and is a flowchart illustrating a cell balancing process of a plurality of adjacent cells as in the case of FIG.
우선, 제어부(42)는 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로 개별 셀들의 전압을 측정하고(S701), 8개 셀들의 평균전압(VA)을 계산한다(S703).First, the
이후, 기 설정된 임계치(VT)를 초과하는지 셀들(C3, C4, C5, C6)이 존재하는지 확인한다(S705).Then, it is determined whether or not the cells C3, C4, C5, and C6 are present to exceed the preset threshold value VT (S705).
도 8의 경우를 살펴보면, 셀3 내지 셀4의 전압값 V3, V4, V5 및 V6가 임계치 VT를 초과하므로, 제어부(42)에서는 셀3 내지 셀4를 셀 밸런싱을 위한 방전 대상 셀로 선택한다.8, since the voltage values V3, V4, V5, and V6 of the cells 3 to 4 exceed the threshold value VT, the
이때, 제어부(42)에서는 배터리 모듈이 충전중인지 판단하고, 배터리 모듈이 충전중인 경우에는 배터리 모듈의 충전 동작을 중지하도록 제어한 후 셀3 내지 셀6의 방전을 시작할 수 있다.At this time, the
한편, 제어부(42)는 임계치 VT를 초과하는 배터리 셀들이 인접한 셀인지 확인한다(S709)On the other hand, the
S709단계에서 판단결과, 인접한 셀이 아닌 경우에는 스위칭 제어를 통한 셀 방전을 통해서 방전 셀들의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인한다(S725). 상기 방전 셀의 목표 전압값은 평균전압(VA)으로 설정될 수 있다.As a result of the determination in step S709, if the cell is not an adjacent cell, it is checked whether the voltage of the discharge cells reaches the target voltage value through the cell discharge through the switching control (S725). The target voltage value of the discharge cell may be set to the average voltage VA.
상기 방전 동작을 통해서 방전 셀들의 전압이 목표전압(VA)에 도달한 경우에는, 방전을 중지하고 다시 최초 단계로 피드백하여 8개의 셀의 개별 전압 측정(S701) 및 평균전압을 계산한다(S703). When the voltage of the discharge cells reaches the target voltage VA through the discharge operation, the discharge is stopped and the discharge is again fed back to the initial stage to calculate the individual voltage measurement (S701) and the average voltage of eight cells (S703) .
S709단계에서 판단결과, 인접한 셀로 판단된 경우에는 이들 중 셀 홀수번째 셀인 C3 및 C5를 먼저 선택하여 방전한다(S813).As a result of the determination in step S709, if it is determined to be an adjacent cell, among them, C3 and C5, which are cell odd numbered cells, are first selected and discharged (S813).
이후, 상기 배터리 셀(C3, C5)의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인한다(S715). 상기 방전 셀의 목표 전압값은 평균전압(VA)으로 설정될 수 있다.Then, it is determined whether the voltages of the battery cells C3 and C5 reach the target voltage value (S715). The target voltage value of the discharge cell may be set to the average voltage VA.
상기 방전 동작을 통해서 배터리 셀(C3, C5)의 전압이 목표전압(VA)에 도달한 경우에는, 짝수번째 배터리 셀(C4, C6)을 선택하여 방전한다(S817).When the voltage of the battery cells C3 and C5 reaches the target voltage VA through the discharging operation, the even-numbered battery cells C4 and C6 are selected and discharged (S817).
이후, 상기 짝수번째 배터리 셀(C4, C6)의 전압이 목표 전압값에 도달하는지 확인하고(S819), 방전을 완료한다(S727). 이후 과정은 앞서 설명한 실시예와 동일하며 상세한 설명은 생략한다.Thereafter, it is confirmed whether the voltages of the even-numbered battery cells C4 and C6 reach the target voltage value (S819), and the discharge is completed (S727). The subsequent steps are the same as those of the previously described embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present specification may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present specification is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present specification Should be interpreted.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is not intended to limit the scope of the specification. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
100, 200 : 배터리 관리 시스템(BMS) 10 : 배터리 스택
11, 12, 13 : 배터리 모듈 C1,C2,C3,C4 : 배터리 셀
20 : 차량 전자 장치 30,40 : 배터리 제어장치
31, 32 : MCU 33 : BCU
41 : 저장부 42 : 제어부
R : 방전저항 S1,S2,S3,S4 : 스위치100, 200: Battery management system (BMS) 10: Battery stack
11, 12, 13: battery modules C1, C2, C3, C4:
20: vehicle
31, 32: MCU 33: BCU
41: storage unit 42: control unit
R: discharge resistor S1, S2, S3, S4: switch
Claims (16)
다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
상기 배터리 셀의 전압 임계치가 설정 저장된 저장부; 및
상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하여 평균전압을 계산하고, 상기 배터리 셀 중 상기 저장부에 설정 저장된 임계치를 초과하는 전압값을 갖는 적어도 두개 이상의 셀들을 선택하여 서로 인접한 셀인지 판단하고, 서로 인접한 셀들로 판단된 경우 홀수번째 셀과 짝수번째 셀을 번갈아 가면서 순차적으로 방전하도록 제어하되,
상기 홀수번째 배터리 셀들의 전압이 상기 평균전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 재측정하여 평균전압을 다시 계산하고, 임계치를 초과하는 상기 짝수번째 배터리 셀들의 전압이 상기 재측정된 평균전압에 도달할 때까지 순차적으로 방전하는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
1. A vehicle battery management system comprising:
A battery module including a plurality of battery cells;
A storage unit for storing a voltage threshold of the battery cell; And
And a controller connected to the battery module to monitor and control a charge / discharge state of battery cells of the battery module,
The controller calculates an average voltage by measuring a voltage of the plurality of battery cells and selects at least two or more cells having a voltage value exceeding a threshold value set in the storage unit of the battery cell to determine whether the cell is an adjacent cell Numbered cell and the even-numbered cell are sequentially discharged when the cells are determined to be adjacent to each other,
Numbered battery cells until the voltages of the odd-numbered battery cells reach the average voltage, re-calculating the average voltage by re-measuring the voltages of the plurality of battery cells, and calculating a voltage of the even- And repeating the discharging process sequentially until the re-measured average voltage is reached.
상기 임계치를 초과하는 배터리 셀이 선택된 경우, 상기 배터리 모듈이 충전중인지 판단하고, 충전중인 경우 배터리 모듈의 충전 동작을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
6. The apparatus of claim 5,
Wherein the control unit determines that the battery module is being charged when the battery cell exceeding the threshold value is selected and stops the charging operation of the battery module when the battery cell is being charged.
상기 저장부에 설정 저장된 임계치를 상기 배터리 셀들의 평균전압에 따라서 적응적으로 변경하여 재설정하고 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
6. The apparatus of claim 5,
Wherein the threshold value set in the storage unit is adaptively changed according to an average voltage of the battery cells and is reset and stored in the storage unit.
상기 다수의 배터리 셀들의 전압을 측정하는 단계;
상기 측정된 배터리 셀들의 평균전압을 계산하는 단계;
상기 배터리 셀 중 기 설정된 배터리 셀의 전압 임계치를 초과하는 복수의 배터리 셀들을 선택하는 단계;
상기 선택된 복수의 배터리 셀들이 서로 인접한 셀인지 판단하는 단계;
상기 판단결과 복수의 인접한 배터리 셀들이 존재하는 것으로 확인된 경우, 홀수번째 셀을 상기 평균전압에 도달할 때까지 방전하는 단계;
상기 배터리 셀의 평균전압을 재측정하는 단계; 및
임계치를 초과하는 짝수번째 셀을 상기 재측정된 평균전압에 도달할 때까지 방전하는 단계를 포함하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
1. A cell balancing method for a battery management system for a vehicle including a plurality of battery cells,
Measuring a voltage of the plurality of battery cells;
Calculating an average voltage of the measured battery cells;
Selecting a plurality of battery cells exceeding a voltage threshold of a predetermined battery cell among the battery cells;
Determining whether the selected plurality of battery cells are adjacent to each other;
Discharging the odd-numbered cells until the average voltage is reached, if it is determined that a plurality of adjacent battery cells exist;
Remeasuring the average voltage of the battery cell; And
And discharging the even-numbered cells exceeding the threshold until the remeasured average voltage is reached.
상기 배터리 셀들이 충전중인지 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과 충전중인 경우 상기 충전 동작을 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
14. The method as claimed in claim 13,
Determining whether the battery cells are being charged; And
And stopping the charging operation when the battery is being charged as a result of the determination.
상기 계산된 평균전압에 따라서 기 설정된 배터리 셀의 전압 임계값을 갱신하는 단계를 더 포함하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
14. The method of claim 13, wherein calculating the average voltage of the measured battery cells comprises:
And updating the voltage threshold of the predetermined battery cell according to the calculated average voltage.
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