KR101667913B1 - 충전특성곡선을 이용한 배터리 팩 균등 충전 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 상호 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들이 균일하게 충전되도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 발명에 따른 배터리 팩 균등 충전 장치는, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들에 충전전류를 공급하는 충전기와, 상기 다수의 배터리 셀들의 셀 전압을 감지하는 전압감시부와, 상기 전압감시부에 의해 측정된 다수의 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하는 통합제어부와, 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 스위칭소자와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 대상 배터리 셀과 연결된 스위칭소자를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항에 의해 소모되도록 하는 밸런싱 제어부와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 수행시 상기 충전기에서 출력되는 상기 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부를 포함한다.
이 발명에 따른 배터리 팩 균등 충전 장치는, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들에 충전전류를 공급하는 충전기와, 상기 다수의 배터리 셀들의 셀 전압을 감지하는 전압감시부와, 상기 전압감시부에 의해 측정된 다수의 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하는 통합제어부와, 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 스위칭소자와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 대상 배터리 셀과 연결된 스위칭소자를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항에 의해 소모되도록 하는 밸런싱 제어부와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 수행시 상기 충전기에서 출력되는 상기 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부를 포함한다.
Description
이 발명은 배터리 팩 균등 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬인산철 배터리의 충전특성곡선을 이용하여 상호 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들이 균일하게 충전되도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 분류된다.
고출력의 전원이 필요한 ESS(Energy Storage System) 시스템과 전기 자동차의 경우, 직렬 연결된 다수 개의 배터리 셀(battery cell)들이 패키지로 구성되어 사용된다. 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀은 화학적 차이, 물성적 차이 등으로 인하여 배터리 셀간의 전압차가 발생한다. 특히, 충방전이 지속되면서 열화됨에 따라 배터리 셀의 노후화 정도가 다르기 때문에 각 배터리 셀의 충방전 시간 및 충방전량 등에서 차이가 나게 된다. 열화가 비교적으로 많이 진행된 배터리 셀은 다른 셀들에 비해 충방전 시간이 짧으므로, 가장 먼저 만충전 또는 만방전 상태가 된다. 또한, 열화가 비교적으로 덜 진행된 배터리 셀들은 만충전 또는 만방전되기 전에 충전 또는 방전이 종료된다.
이를 방치하며 충방전을 계속할 경우, 열화가 많이 진행된 배터리 셀은 열화 정도가 더 심해지며, 전압이 낮은 배터리 셀의 셀 전압은 더욱 낮아지게 된다. 결국, 이차전지의 발화 또는 폭발의 원인이 될 수 있으며, 단위 배터리 셀로 인하여 배터리 팩 전체를 교체해야 하므로, 경제적인 손실을 초래하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 배터리 팩에는 배터리 셀 밸런싱(battery cell balancing)이 적용된다. 배터리 셀 밸런싱은 직렬 연결된 배터리 셀들 사이의 전압 차를 소정의 범위 내로 유지하며 충전하는 것을 의미한다. 통상적인 배터리 셀 밸런싱 방법으로서, 저항에 의한 방전방식의 수동형 셀 밸런싱 방법과, DC 컨버터에 의한 능동형 셀 밸런싱 방법이 널리 알려져 있다.
한편, 도 1은 리튬인산철 배터리의 충전특성곡선(Charge Curve) 및 방전특성곡선(Discharge Curve)를 도시한다. 충전을 진행함에 따라 배터리 용량의 10%가 충전되면 출력은 3.2V까지 상승되고(이를 '저전압 상승구간'이라 함), 3.2V ~ 3.4V 전압영역에서 85%를 상회하는 대부분의 용량이 충전된다(이를 '평탄구간'이라 함). 이후 나머지 15% 용량을 회복하기 위해서는 전압이 3.9V까지 급격히 상승한다(이를 '고전압 상승구간'이라 함). 즉, 리튬인산철 배터리를 충전함에 따라, 저전압 상승구간, 평탄구간, 고전압 상승구간을 통해 만충전이 진행된다.
종래의 수동형 셀 밸런싱 방법은, 실시간으로 셀 전압을 측정하여 최고 전압이 밸런싱 전압(통상적으로 3.7V) 이상이면, 해당 배터리 셀 전압을 방전 저항을 통해 방전하면서 다른 배터리 셀과의 전압 밸런싱을 수행하고자 한다. 그러나, 밸런싱 전압이 고전압 상승구간에 속해 있는 경우, 충전 전류량 대비 밸런싱 전류량은 매우 작기 때문에 밸런싱 전류를 발생시켜 배터리 셀을 방전시켜 셀 전압을 낮추고자 하여도, 충전 전류에 의해 충전되는 전압이 밸런싱 전류에 의해 방전되는 전압보다 많아서 결과적으로는 배터리 셀 전압이 지속적으로 높아지는 문제점이 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 이 발명의 목적은, 직렬 연결된 배터리 팩 중 하나 이상의 배터리 셀이 고전압 상승구간에 진입한 후 최고 셀 전압과 최소 셀 전압간 전압차를 기반으로 셀 밸런싱을 수행하되 충전전류와 연동하여 셀 밸런싱 효율을 향상시키는 배터리 팩 균등 충전 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 이 발명의 다른 목적은, 셀 밸런싱이 실행되는 배터리 셀 정보를 수집하고 분석하여 배터리 셀 고장 확률 및 밸런싱 스위칭소자의 고장 확률을 도출하는 배터리 팩 균등 충전 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 배터리 팩 균등 충전 장치는, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들에 충전전류를 공급하는 충전기와,
상기 다수의 배터리 셀들의 셀 전압을 감지하는 전압감시부와,
상기 전압감시부에 의해 측정된 다수의 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하는 통합제어부와,
상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 스위칭소자와,
상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 대상 배터리 셀과 연결된 스위칭소자를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항에 의해 소모되도록 하는 밸런싱 제어부와,
상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 수행시 상기 충전기에서 출력되는 상기 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부를 포함하고,
상기 통합제어부는 배터리 셀의 전압 증가율을 기반으로 고전압 상승구간에 진입하는지를 감지하고, 고전압 상승구간 진입 배터리 셀의 셀 전압과 최소 셀 전압과의 전압차를 기반으로 밸런싱 대상을 검출하여 상기 밸런싱 제어부 및 상기 충전전류 제어부를 제어하고, 상기 고전압 상승구간 진입 전압 증가율에 대응하는 고전압 상승구간 진입 전압값을 주기적으로 저장하여 상기 다수의 배터리 셀들의 열화 상태를 진단하고, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀 정보를 저장하여 배터리 셀 고장 진단 및 스위칭소자 고장 진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 배터리 팩 균등 충전 방법은, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들에 충전전류를 공급하는 충전기와, 상기 다수의 배터리 셀들의 셀 전압을 감지하는 전압감시부와, 상기 전압감시부에 의해 측정된 다수의 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하는 통합제어부와, 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 스위칭소자와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 대상 배터리 셀과 연결된 스위칭소자를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항에 의해 소모되도록 하는 밸런싱 제어부와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 수행시 상기 충전기에서 출력되는 상기 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부를 포함하는 배터리 팩 균등 충전 장치의 배터리 팩 균등 충전 방법에 있어서,
상기 통합제어부가 배터리 셀의 전압 증가율을 기반으로 고전압 상승구간에 진입하는지를 감지하는 제1단계와,
상기 통합제어부가 고전압 상승구간 진입 배터리 셀의 셀 전압과 최소 셀 전압과의 전압차를 기반으로 밸런싱 대상 배터리 셀을 검출하는 제2단계와,
상기 통합제어부가 제2단계에서 상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 검출되면 상기 밸런싱 제어부 및 상기 충전전류 제어부를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 방전되도록 하고 상기 충전전류가 감소되도록 하는 제3단계와,
상기 통합제어부가 상기 고전압 상승구간 진입 여부 판단 기준인 전압 증가율에 대응하는 고전압 상승구간 진입 전압값을 주기적으로 저장하여 상기 다수의 배터리 셀들의 열화 상태를 진단하는 제4단계와,
상기 통합제어부가 상기 밸런싱 대상 배터리 셀 정보를 저장하여 배터리 셀 고장 진단 및 스위칭소자 고장 진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 이 발명에 따르면, 셀 밸런싱시 충전기와 연동하여 충전전류를 감소시키기 때문에 밸런싱 효과가 극대화되는 잇점이 있다.
또한, 밸런싱이 수행되는 배터리 셀 정보를 수집하여 밸런싱 대상 배터리 셀의 고장 확률 및 밸런싱 대상 배터리 셀에 대응하는 밸런싱 스위칭소자의 고장 확률을 도출하기 때문에 배터리 팩 이상 발생시 고장 진단을 용이하게 할 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 리튬인산철 배터리의 충전특성곡선 및 방전특성곡선를 도시한 도면이다.
도 2는 이 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치가 포함된 배터리 충전 시스템을 도시한 구성 블록도이다.
도 3은 이 발명에 따른 통합제어부의 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
도 2는 이 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치가 포함된 배터리 충전 시스템을 도시한 구성 블록도이다.
도 3은 이 발명에 따른 통합제어부의 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 이 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩 균등 충전 장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 이 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치가 포함된 배터리 충전 시스템을 도시한 구성 블록도이다.
이 발명에 따른 배터리 충전 시스템은, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀(11A, 11B)에 충전전류를 공급하는 충전기(12)와, 상기 배터리 셀의 셀 전압을 감지하는 전압감시부(13)와, 상기 전압감시부(13)에 의해 측정된 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하는 통합제어부(14)와, 상기 배터리 셀(11A, 11B) 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항(15A, 15B) 및 밸런싱 스위칭소자(16A, 16B)와, 상기 통합제어부(14)의 제어를 받아 밸런싱 대상인 배터리 셀과 연결된 스위칭소자(16A, 16B)를 온/오프하여 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항(15A, 15B)에 의해 소모되도록 하는 밸런싱 제어부(17)와, 상기 통합제어부(14)의 제어를 받아 밸런싱 수행시 충전기(12)에서 상기 다수의 배터리 셀에 공급되는 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부(18)를 포함한다. 또한, 이 발명에 따른 배터리 충전 시스템은 충전기(12)에서 다수의 배터리 셀에 공급되는 충전전류의 크기를 감지하는 전류센싱부(19)를 더 포함한다.
상기와 같이 구성된 배터리 충전 시스템 및 배터리 밸런싱 장치의 동작을 설명한다.
충전기(12)는 충전전류를 발생하여 직렬 연결된 다수의 배터리 셀(11A, 11B)에 공급하고, 다수의 배터리 셀(11A, 11B)는 충전전류에 의해 충전된다. 전압 감시부(13)는 각 배터리 셀의 셀 충전전압을 감지하고, 감지된 각 배터리 셀의 셀 전압 정보를 통합 제어부(14)에 제공한다.
통합제어부(14)는 배터리 셀의 셀 전압 정보를 기반으로 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하고, 밸런싱 대상에 대해 밸런싱 동작을 수행하며, 밸런싱 수행 과정에서 수집된 정보를 이용하여 고장 진단을 수행한다. 통합제어부(14)의 동작에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
먼저, 통합제어부(14)는 배터리의 셀 전압 정보를 기반으로 밸런싱 여부를 판단하고, 밸런싱 대상을 검출한다. 밸런싱 대상이 검출되면 통합 제어부(14)는 충전전류 제어부(18)를 제어하여 충전기(12)에 신호를 출력함으로써, 충전기(12)에서 다수의 배터리 셀(11A, 11B)에 공급되는 충전전류가 감소되도록 한다. 이와 동시에 통합제어부(14)는 밸런싱 제어부(17)를 제어하여 밸런싱 대상 배터리 셀(예컨대, 제1배터리 셀(11A)이라고 가정함)에 연결된 스위칭소자(16A)를 턴 온하여 제1배터리 셀(11A)과 밸런싱 저항(15A)과 스위칭소자(16A) 사이에 폐루프가 형성되어 제1배터리 셀(11A)의 셀 전압이 밸런싱 저항(15A)을 통해 방전되도록 한다. 이렇게 밸런싱 상황에서 충전전류를 감소시키면서 밸런싱 저항(15A)을 통한 방전이 동시에 이루어지도록 할 경우, 충전 전류량과 밸런싱 전류량의 차이가 크지 않아 평탄구간의 배터리 셀들에 대한 충전은 지속적으로 이루어지면서 동시에 고전압 상승구간의 배터리 셀들에 대한 밸런싱 효과는 향상시킬 수 있다.
도 3은 이 발명에 따른 통합제어부의 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
통합제어부(14)는 전압감시부(13)를 통해 각 배터리 셀의 셀 전압을 감지하여 임의의 배터리 셀 전압이 평탄구간을 벗어나서 고전압 상승구간에 진입하는지를 감지한다(S21). 단계 S21에서, 배터리 셀 전압이 고전압 상승구간에 진입하는지 여부는 배터리 셀 전압이 미리 설정된 고전압 상승구간 진입 전압에 도달하는지를 판단함으로써 감지할 수 있다. 그러나 이 경우, 배터리 셀은 열화됨에 따라 고전압 상승구간 진입 전압이 달라지기 때문에, 배터리 셀의 열화에 따라 고전압 상승구간 진입 전압을 수동으로 가변하여 설정해 놓아야 하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 이 발명에서는 배터리 셀 전압의 증가율이 임계값 이상인지를 판단함으로써, 임의의 배터리 셀이 고전압 상승구간에 진입하는지 여부를 판단한다. 도 1에 도시된 바와 같이 리튬인산철 배터리의 충전특성은 평탄구간에서의 전압 증가율은 매우 낮지만, 평탄구간에서 고전압 상승구간으로 진행할수록 전압 증가율이 점차 증가하고, 배터리가 열화되더라도 유사한 패턴을 유지한다. 즉, 배터리의 열화가 진행될수록 고전압 상승구간 진입 전압값은 달라지지만, 고전압 상승구간 진입 전압에서의 전압 증가율은 동일하다.
다음, 임의의 배터리 셀이 고전압 상승구간에 진입하면, 고전압 상승구간 진입 셀 전압과 배터리 팩 중 최소 셀 전압과의 전압차를 감지한다(S22).
다음, 단계 S22에서 감지된 전압차를 기반으로 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출한다(S23). 즉, 단계 S22에서 감지된 전압차가 미리 설정된 임계값 이상이면 밸런싱을 수행하되, 고전압 상승구간 진입 셀을 밸런싱 대상으로 검출한다.
다음, 통합제어부(14)는 밸런싱 수행시 충전전류 제어부(18)를 제어하여 충전기(12)에서 다수의 배터리 셀들(11A, 11B))로 공급되는 충전전류가 줄어들도록 하고, 밸런싱 제어부(17)를 제어하여 밸런싱 대상 배터리 셀에 연결된 스위칭소자를 턴온시켜 해당 밸런싱 대상 배터리 셀의 충전전압이 대응되는 밸런싱 저항을 통해 소모되도록 한다(S24).
아울러, 통합제어부(14)는 배터리 셀의 전압 증가율이 임계값에 도달하는 때(즉, 해당 배터리 셀이 평탄구간에서 고전압 상승구간으로 진입할 때)의 전압값, 즉, 고전압 상승구간 진입 전압값을 검출하여 저장하고, 밸런싱 대상 배터리 셀 정보를 수집하여 저장한다(S25).
통합제어부(14)는 수집된 고전압 상승구간 진입 전압값의 변동 사항을 검출하여 배터리 팩의 열화 진행 정도를 검출한다(S26). 배터리 셀을 충전시킬 때, 동일한 전압 증가율에서의 전압값 즉, 고전압 상승구간 진입 전압값의 변동 패턴을 분석하여 해당 배터리 팩의 열화 진행 정도를 연산한다. 즉, 고전압 상승구간 진입 기준인 전압 증가율에서의 전압값을 주기적으로 수집하여, 초기값과의 편차가 기설정된 기준값 이상이면 배터리 팩의 열화가 진행된 것으로 판단한다. 또한, 통합제어부(14)는 밸런싱 대상 배터리 셀 정보를 수집하여 저장하며, 이를 기반으로 배터리 셀의 고장 진단 및 밸런싱 스위칭소자의 고장 진단에 활용한다(S26). 예컨대, 일정 횟수 이상 연속하여 동일한 배터리 셀이 밸런싱 대상 배터리 셀로 선정될 경우, 해당 배터리 셀의 고장 가능성이 높은 것으로 설정하고 관리자에게 알람한다. 또한, 특정 배터리 셀이 일정 횟수 이상 밸런싱 대상으로 선정되어 스위칭소자가 턴온될 경우, 해당 스위칭소자의 고장 가능성이 높은 것으로 설정하고 관리자에게 알람한다.
이후, 통합제어부(14)는 전압 감시부(13)를 통해 배터리 셀들의 셀 전압 변동을 지속적으로 감시한다. 나머지 배터리 셀들 중 고전압 상승구간에 진입한 배터리 셀을 신규 밸런싱 대상으로 선정하고, 대응되는 스위칭소자를 턴온시켜 해당 신규 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항에 의해 방전되도록 한다.
한편, 통합 제어부(14)는 밸런싱 수행 후 배터리 팩 중 최고 셀 전압과 최저 셀 전압의 전압차가 기준값 이하로 감소하면(S27), 충전전류 제어부(18)를 제어하여 충전기(12)에서 배터리 셀들에 공급되는 충전전류가 원 상태로 복원되도록 하고, 밸런싱 대상 배터리 셀에 대응되는 스위칭소자를 모두 턴오프시켜 방전이 중지되도록 한다(S28).
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
11A, 11B : 배터리 셀 12 : 충전기
13 : 전압 감시부 14 : 통합 제어부
15A, 15B : 밸런싱 저항 16A, 16B : 스위칭소자
17 : 밸런싱 제어부 18 : 충전전류 제어부
19 : 전류 센싱부
13 : 전압 감시부 14 : 통합 제어부
15A, 15B : 밸런싱 저항 16A, 16B : 스위칭소자
17 : 밸런싱 제어부 18 : 충전전류 제어부
19 : 전류 센싱부
Claims (5)
- 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들에 충전전류를 공급하는 충전기와,
상기 다수의 배터리 셀들의 셀 전압을 감지하는 전압감시부와,
상기 전압감시부에 의해 측정된 다수의 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하는 통합제어부와,
상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 스위칭소자와,
상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 대상 배터리 셀과 연결된 스위칭소자를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항에 의해 소모되도록 하는 밸런싱 제어부와,
상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 수행시 상기 충전기에서 출력되는 상기 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부를 포함하고,
상기 통합제어부는 배터리 셀의 전압 증가율을 기반으로 고전압 상승구간에 진입하는지를 감지하고, 고전압 상승구간 진입 배터리 셀의 셀 전압과 최소 셀 전압과의 전압차를 기반으로 밸런싱 대상을 검출하여 상기 밸런싱 제어부 및 상기 충전전류 제어부를 제어하고, 상기 고전압 상승구간 진입 전압 증가율에 대응하는 고전압 상승구간 진입 전압값을 주기적으로 저장하여 상기 다수의 배터리 셀들의 열화 상태를 진단하고, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀 정보를 저장하여 배터리 셀 고장 진단 및 스위칭소자 고장 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 균등 충전 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 통합제어부는 밸런싱 후 최고 셀 전압과 최소 셀 전압의 전압차가 기준값 이하로 감소하면, 상기 밸런싱 제어부 및 상기 충전전류 제어부를 제어하여 상기 충전전류가 원 상태로 복원되고 밸런싱 대상 배터리 셀의 방전이 중지되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 균등 충전 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충전기에서 상기 다수의 배터리 셀들에 공급되는 충전전류의 크기를 감지하는 전류센싱부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 팩 균등 충전 장치.
- 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들에 충전전류를 공급하는 충전기와, 상기 다수의 배터리 셀들의 셀 전압을 감지하는 전압감시부와, 상기 전압감시부에 의해 측정된 다수의 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하는 통합제어부와, 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 스위칭소자와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 대상 배터리 셀과 연결된 스위칭소자를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 밸런싱 저항에 의해 소모되도록 하는 밸런싱 제어부와, 상기 통합제어부의 제어를 받아 밸런싱 수행시 상기 충전기에서 출력되는 상기 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부를 포함하는 배터리 팩 균등 충전 장치의 배터리 팩 균등 충전 방법에 있어서,
상기 통합제어부가 배터리 셀의 전압 증가율을 기반으로 고전압 상승구간에 진입하는지를 감지하는 제1단계와,
상기 통합제어부가 고전압 상승구간 진입 배터리 셀의 셀 전압과 최소 셀 전압과의 전압차를 기반으로 밸런싱 대상 배터리 셀을 검출하는 제2단계와,
상기 통합제어부가 제2단계에서 상기 밸런싱 대상 배터리 셀이 검출되면 상기 밸런싱 제어부 및 상기 충전전류 제어부를 제어하여 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 셀 전압이 방전되도록 하고 상기 충전전류가 감소되도록 하는 제3단계와,
상기 통합제어부가 상기 고전압 상승구간 진입 여부 판단 기준인 전압 증가율에 대응하는 고전압 상승구간 진입 전압값을 주기적으로 저장하여 상기 다수의 배터리 셀들의 열화 상태를 진단하는 제4단계와,
상기 통합제어부가 상기 밸런싱 대상 배터리 셀 정보를 저장하여 배터리 셀 고장 진단 및 스위칭소자 고장 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 균등 충전 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 통합제어부는 상기 제3단계 후 최고 셀 전압과 최소 셀 전압의 전압차가 기준값 이하로 감소하면, 상기 밸런싱 제어부 및 상기 충전전류 제어부를 제어하여 상기 충전전류가 원 상태로 복원되도록 하고 상기 밸런싱 대상 배터리 셀의 방전이 중지되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 균등 충전 방법.
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