KR101923515B1 - Efficient energy storage system for monitoring and controlling battery periodically - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인과 접속되어 각 배터리 셀의 전압을 충전하는 캐패시터; 상기 전압 센싱 라인을 통해 각 배터리 셀에 대응되는 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 전압측정부; 상기 캐패시터를 기준으로 배터리 셀 측 전압 센싱 라인과 셀 전압 센싱 회로 측 전압 센싱 라인에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 캐패시터의 양 단자와 연결되어 캐패시터를 방전시키는 셀 밸런싱 회로; 내장된 배터리 셀의 전력을 AC 전력으로 변환하여 내장된 변압기로 전달하는 DC/AC 변환기; 내장된 변압기의 외부측 연결단에 인가된 전력을 DC 전력으로 변환하여 내장된 배터리 셀로 전달하는 AC/DC 변환기; 내장된 배터리 셀과 상기 DC/AC 변환기 사이 또는 상기 DC/AC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 상기 제어부의 제어에 따라 열리거나 닫히는 제1 스위치; 내장된 배터리 셀과 상기 AC/DC 변환기 사이 또는 상기 AC/DC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 제어부의 제어에 따라 열리거나 닫히는 제2 스위치; 상기 제1 및 제2스위치를 순차적으로 동작시켜 셀 전압 센싱 회로로부터 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱한 후, 상기 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 캐패시터를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치를 동작시켜 캐패시터의 충전 전압을 센싱하고 센싱된 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별하며, 내장된 배터리 셀의 상태를 모니터링하고, 모니터링한 상태 정보를 저장하며, 상기 DC/AC 변환기와 상기 AC/DC 변환기를 제어하여 내장된 배터리 셀과 내장된 변압기 사이의 전력 이동을 제어하는 제어부;를 포함한다.A capacitor connected to a voltage sensing line connected to both terminals of the battery cell to charge a voltage of each battery cell; A voltage measuring unit for sensing a charging voltage of a capacitor corresponding to each battery cell through the voltage sensing line; First and second switches respectively provided on the battery cell side voltage sensing line and the cell voltage sensing circuit voltage sensing line with respect to the capacitor; A cell balancing circuit connected to both terminals of the capacitor to discharge the capacitor; A DC / AC converter for converting the power of the built-in battery cell to AC power and delivering it to the built-in transformer; An AC / DC converter for converting the power applied to the outer side connection end of the built-in transformer to DC power and delivering the DC power to the built-in battery cell; A first switch located between the built-in battery cell and the DC / AC converter or between the DC / AC converter and a built-in transformer, the first switch being opened or closed under the control of the controller; A second switch located between the built-in battery cell and the AC / DC converter or between the AC / DC converter and the built-in transformer, the second switch being opened or closed under the control of the controller; The first and second switches are sequentially operated to receive the charging voltage of the capacitor from the cell voltage sensing circuit and sense the voltage of the battery cell. Then, the cell balancing circuit is operated to discharge the capacitor, and after a predetermined time has elapsed The second switch is operated to sense the charging voltage of the capacitor, the failure of the cell balancing circuit is determined based on the sensed voltage, the state of the built-in battery cell is monitored, the monitored state information is stored, AC converter and the AC / DC converter to control power transfer between the built-in battery cell and the built-in transformer.

Description

에너지 저장 시스템의 안정화 및 효율적 관리를 위하여 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템{EFFICIENT ENERGY STORAGE SYSTEM FOR MONITORING AND CONTROLLING BATTERY PERIODICALLY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a system for periodically monitoring and controlling the state of a battery for stabilizing and efficiently managing an energy storage system,

본 발명은 에너지 저장 시스템의 안정화 및 효율적 관리를 위하여 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제어부가 각 셀모듈의 정보를 기초로 셀 모듈의 잉여 전력을 다른 셀 모듈로 공급하여 셀 밸런싱하는 에너지 저장 시스템의 안정화 및 효율적 관리를 위하여 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for periodically monitoring and controlling the state of a battery for stabilization and efficient management of an energy storage system. More particularly, the present invention relates to a system for monitoring and controlling the state of a battery, The present invention relates to a system for periodically monitoring and controlling the state of a battery in order to stabilize and efficiently manage an energy storage system that supplies power to a module and balances a cell.

최근 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 각종 전장 장치를 작동시키는데 필요한 전력을 공급하기 위해 다수개의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩을 탑재한다. 이러한 배터리 팩에 포함되어 있는 다수개의 배터리 셀은 안전성과 수명 향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 유지할 필요가 있다.Recently, due to the depletion of fossil energy and environmental pollution, a battery pack composed of a plurality of battery cells is installed to supply electric power required for operating various electric devices using electric energy without using fossil energy. A plurality of battery cells included in such a battery pack need to maintain the voltage of each battery cell uniformly in order to obtain safety, life span, and high output.

배터리 팩 내에 포함된 각 배터리 셀의 충전 전압을 균일하게 밸런싱하는 방법에는, 전압이 상대적으로 낮은 배터리 셀에 충전 전류를 공급하여 전압을 상승시키는 방법, 전압이 상대적으로 높은 배터리 셀을 방전시켜 전압을 하강시키는 방법, 각 배터리 셀의 전압으로부터 밸런싱 목표 전압을 정하고 목표 전압보다 전압이 높은 배터리 셀은 방전시키고 목표 전압보다 전압이 낮은 배터리 셀은 충전시키는 방법 등의 여러 가지 방법이 있다.Methods for uniformly balancing the charging voltage of each battery cell included in the battery pack include a method of increasing the voltage by supplying a charging current to a battery cell having a relatively low voltage, a method of discharging a battery cell having a relatively high voltage, A method of determining a balancing target voltage from the voltage of each battery cell, a method of discharging a battery cell having a voltage higher than the target voltage, and a method of charging a battery cell having a voltage lower than the target voltage.

위와 같은 셀 밸런싱 방법은 각 배터리 셀과 연결된 셀 밸런싱 회로에 의해 구현된다. 셀 밸런싱 회로는 셀 밸런싱 동작의 시작과 종료를 제어하기 위한 스위칭 소자와 배터리 셀 전압을 방전시킬 때 사용되는 방전저항을 포함한다.Such a cell balancing method is implemented by a cell balancing circuit connected to each battery cell. The cell balancing circuit includes a switching element for controlling the start and end of the cell balancing operation and a discharging resistor used for discharging the battery cell voltage.

그런데 셀 밸런싱 회로를 이용하여 셀 밸런싱 동작이 이루어지는 과정에서 순간적으로 과도한 전류가 셀 밸런싱 회로로 유입되거나 스위칭 소자에 동작 전압이상의 과전압이 인가되거나 방전저항을 통해 과도한 열이 발생되는 등의 이상 상황이 발생되면 밸런싱 회로에 포함된 부품이 단락(short) 또는 개방(open)되어 회로가 정상적으로 동작하지 않는 문제가 발생한다.However, during the cell balancing operation using the cell balancing circuit, an excessive current flows into the cell balancing circuit instantaneously, an overvoltage higher than the operating voltage is applied to the switching element, or excessive heat is generated due to the discharge resistance The components included in the balancing circuit are short-circuited or open so that the circuit does not operate normally.

또한 종래 발명은 셀 밸런싱 회로의 이상 유무 검출을 위한 진단 회로에 다수개의 비교기가 추가적으로 사용되어 제조 비용이 증가되는 문제점이 있었다.Also, in the prior art, a plurality of comparators are additionally used in a diagnostic circuit for detecting the presence or absence of an abnormality in the cell balancing circuit, thereby increasing manufacturing costs.

한국공개특허 제2014-0051704호Korean Patent Publication No. 2014-0051704 한국등록특허 제1628859호Korean Patent No. 1628859 일본공개특허 제2007-085847호Japanese Patent Laid-Open No. 2007-085847 일본공개특허 제2012-137334호Japanese Laid-Open Patent No. 2012-137334

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 다양한 알고리즘을 통한 각 셀모듈의 정보를 기초로 셀 모듈의 잉여 전력을 다른 셀 모듈로 공급하여 셀 밸런싱하는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a system for balancing cells by supplying surplus power of a cell module to another cell module based on information of each cell module through various algorithms, There is a purpose.

또한 본 발명은 셀 밸런싱과 함께 셀 전압의 측정을 위해 사용되는 캐패시터를 이용하여 셀 밸런싱 회로의 이상 여부를 간단하게 진단할 수 있어 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a system for periodically monitoring and controlling the state of a battery because it is possible to easily diagnose an abnormality of the cell balancing circuit by using a capacitor used for cell voltage measurement together with cell balancing have.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 배터리 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인과 접속되어 각 배터리 셀의 전압을 충전하는 캐패시터; 상기 전압 센싱 라인을 통해 각 배터리 셀에 대응되는 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 전압측정부; 상기 캐패시터를 기준으로 배터리 셀 측 전압 센싱 라인과 셀 전압 센싱 회로 측 전압 센싱 라인에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 캐패시터의 양 단자와 연결되어 캐패시터를 방전시키는 셀 밸런싱 회로; 내장된 배터리 셀의 전력을 AC 전력으로 변환하여 내장된 변압기로 전달하는 DC/AC 변환기; 내장된 변압기의 외부측 연결단에 인가된 전력을 DC 전력으로 변환하여 내장된 배터리 셀로 전달하는 AC/DC 변환기; 내장된 배터리 셀과 상기 DC/AC 변환기 사이 또는 상기 DC/AC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 상기 제어부의 제어에 따라 열리거나 닫히는 제1 스위치; 내장된 배터리 셀과 상기 AC/DC 변환기 사이 또는 상기 AC/DC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 제어부의 제어에 따라 열리거나 닫히는 제2 스위치; 상기 제1 및 제2스위치를 순차적으로 동작시켜 셀 전압 센싱 회로로부터 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱한 후, 상기 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 캐패시터를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치를 동작시켜 캐패시터의 충전 전압을 센싱하고 센싱된 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별하며, 내장된 배터리 셀의 상태를 모니터링하고, 모니터링한 상태 정보를 저장하며, 상기 DC/AC 변환기와 상기 AC/DC 변환기를 제어하여 내장된 배터리 셀과 내장된 변압기 사이의 전력 이동을 제어하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising: a capacitor connected to a voltage sensing line connected to both terminals of a battery cell to charge a voltage of each battery cell; A voltage measuring unit for sensing a charging voltage of a capacitor corresponding to each battery cell through the voltage sensing line; First and second switches respectively provided on the battery cell side voltage sensing line and the cell voltage sensing circuit voltage sensing line with respect to the capacitor; A cell balancing circuit connected to both terminals of the capacitor to discharge the capacitor; A DC / AC converter for converting the power of the built-in battery cell to AC power and delivering it to the built-in transformer; An AC / DC converter for converting the power applied to the outer side connection end of the built-in transformer to DC power and delivering the DC power to the built-in battery cell; A first switch located between the built-in battery cell and the DC / AC converter or between the DC / AC converter and a built-in transformer, the first switch being opened or closed under the control of the controller; A second switch located between the built-in battery cell and the AC / DC converter or between the AC / DC converter and the built-in transformer, the second switch being opened or closed under the control of the controller; The first and second switches are sequentially operated to receive the charging voltage of the capacitor from the cell voltage sensing circuit and sense the voltage of the battery cell. Then, the cell balancing circuit is operated to discharge the capacitor, and after a predetermined time has elapsed The second switch is operated to sense the charging voltage of the capacitor, the failure of the cell balancing circuit is determined based on the sensed voltage, the state of the built-in battery cell is monitored, the monitored state information is stored, AC converter and the AC / DC converter to control power transfer between the built-in battery cell and the built-in transformer.

상기 제어부는 제2스위치를 턴오프시킨 상태에서 제1스위치를 턴온시켜 각 배터리 셀의 전압을 대응하는 캐패시터에 충전시킨 후, 제1스위치를 턴오프시키고 제2스위치를 턴온시켜 캐패시터와 전압 측정부를 연결함으로써 전압 측정부를 통해 캐패시터의 충전 전압을 측정하고, 제1스위치와 제2스위치를 턴오프시킨 상태에서 제3스위치를 턴온시켜 캐패시터의 양단을 대응하는 셀 밸런싱 회로와 연결함으로써 캐패시터의 충전 전압을 일정한 시간 동안 방전시키며, 상기 제1스위치와 제3스위치를 턴오프시킨 상태에서 제2스위치를 턴온시켜 방전된 캐패시터의 양단을 전압 측정부에 연결하여 전압 측정부를 통해 방전된 캐패시터의 잔류 전압을 다시 측정한다.The control unit turns on the first switch to turn on the first switch, charges the corresponding capacitor to the voltage of each battery cell, turns off the first switch, turns on the second switch, and turns on the capacitor and the voltage measuring unit The charging voltage of the capacitor is measured through the voltage measuring unit, and when the first switch and the second switch are turned off, the third switch is turned on to connect the both ends of the capacitor to the corresponding cell balancing circuit, The first switch and the third switch are turned off while the second switch is turned on to connect the both ends of the discharged capacitor to the voltage measuring unit so that the residual voltage of the capacitor discharged through the voltage measuring unit is reset again .

상기 제어부는 방전된 캐패시터의 잔류 전압이 미리 정한 기준 전압을 초과하면 해당하는 셀 밸런싱 회로에 이상이 있는 것으로 판별하거나, 방전된 캐패시터의 잔류 전압과 배터리 셀의 셀 전압을 상호 대비하여 두 전압 값의 차이가 미리 정한 기준 전압 미만이면 해당하는 셀 밸런싱 회로에 이상이 있는 것으로 판별하고, 상기 셀 밸런싱 회로에 이상이 발생된 것으로 판별되면, 경보기를 통해 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경보한다.When the residual voltage of the discharged capacitor exceeds a predetermined reference voltage, the controller determines that the corresponding cell balancing circuit is abnormal, or determines whether the residual voltage of the discharged capacitor and the cell voltage of the battery cell are equal to each other If the difference is less than a predetermined reference voltage, it is determined that there is an abnormality in the corresponding cell balancing circuit. If it is determined that an abnormality has occurred in the cell balancing circuit, the external user is visually or audibly alarmed through the alarm.

상기 제어부는 배터리 셀의 전압과 기준 전압을 비교하고, 배터리 셀의 전압이 기준 전압보다 높은 경우, 제어부는 배터리 셀에 인가된 전력을 AC 전력으로 변환하여 변압기로 전달하도록 제어하고, 배터리 셀의 전압이 기준 전압보다 낮은 경우, 제어부는 변압기에 인가된 전력을 DC 전력으로 변환하여 배터리 셀로 전달하도록 제어한다.The control unit compares the voltage of the battery cell with a reference voltage, and when the voltage of the battery cell is higher than the reference voltage, the control unit controls the power applied to the battery cell to be converted into AC power to be transferred to the transformer, Is lower than the reference voltage, the control unit controls the power applied to the transformer to be converted into DC power and transmitted to the battery cell.

상기 제어부는 배터리 셀의 전압이 기준 전압과 같은지 판단하여 전압이 기준 전압과 같지 않은 경우 전력 이동시키고, 배터리 셀의 전압이 기준 전압과 같은 경우 전력 이동을 중단하여 셀 밸런싱을 완료한다.The control unit determines whether the voltage of the battery cell is equal to the reference voltage. If the voltage of the battery cell is not equal to the reference voltage, the controller moves the power. When the voltage of the battery cell is equal to the reference voltage,

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 셀 밸런싱 회로에 대한 고장을 쉽게 진단할 수 있어 셀 밸런싱 회로의 고장으로 인한 문제를 해결할 수 있다. The present invention as described above can easily diagnose faults in the cell balancing circuit, thereby solving the problem caused by the failure of the cell balancing circuit.

또한, 본 발명은 배터리 셀의 밸런싱이 문제가 되면 특정 배터리 셀이 과방전되어 배터리 팩의 고장이 확대될 수 있는데 정밀한 배터리 셀의 밸런싱을 유지하여 이를 미연에 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, when the balancing of the battery cell is a problem, the specific battery cell is overdischarged and the failure of the battery pack can be enlarged, so that the balancing of the precise battery cell can be maintained and prevented.

또한 본 발명은 배터리 셀의 잉여 전력을 전압이 낮은 셀 모듈에 공급하여 저항에서 잉여 전력을 소비할 필요 없이 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.Also, the present invention can perform cell balancing without supplying surplus power of the battery cell to a cell module having a low voltage and consuming no surplus power in the resistor.

또한 본 발명은 잉여 전력을 효율적으로 분배하여 급속 충전이 가능하고, 모든 셀 모듈의 균형을 맞출 수 있어 배터리 팩의 가용 용량과 수명을 늘릴 수 있다.Further, the present invention can efficiently charge the surplus electric power to be charged quickly, balance all the cell modules, and increase the usable capacity and lifetime of the battery pack.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 기능 구성도를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 Battery Cell Balancing 제어 방식을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Monitoring chip 직렬 연결 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따라 충전시간 최적화를 위한 CC Control 및 CV Control 충전방식 회로도이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 배터리 셀의 셀 밸런싱 회로의 이상 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성도이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충전, 방전 방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 1 is a functional block diagram according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating a battery cell balancing control method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a configuration diagram of a monitoring chip serial connection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a circuit diagram of a CC control and a CV control charging scheme for optimizing the charging time according to an embodiment of the present invention.
4B is a flowchart illustrating a method of diagnosing an abnormality of a cell balancing circuit of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
5A is a configuration diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
5B is a flowchart illustrating a method of charging a battery pack according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart showing a charging / discharging method of a battery pack according to another embodiment of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Further, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1에 도시된 바와 같이 각 배터리 셀(10)의 전압 등을 센싱하여 각 배터리 셀(10)의 전압 레벨을 기준 전압과 비교하여 밸런싱을 맞추어 관리하는 BMS(battery management system) 기능과 전력 손실을 낮추기 위해 무효전력의 품질을 제어하여 각 계통을 연계 보호하는 PCS(Power converter system) 기능과 각 배터리 셀(10)의 전력 현황을 관리하는 PMS(Power Management System), 교류 상태로 흘러온 전류를 직류로 상기 배터리 셀(10)에 저장하는 ESS(energy storage system) 기능을 모니터링하는 모니터링부(38)와, 이에 따라 시스템을 제어하는 제어부(40)로 구성된다.As shown in FIG. 1, a BMS (battery management system) function for sensing the voltage of each battery cell 10 and comparing the voltage level of each battery cell 10 with a reference voltage for balancing and managing, A power converter system (PCS) function for controlling the quality of the reactive power to reduce the power consumption of the battery cells 10, a PMS (Power Management System) for managing the power status of each battery cell 10, a DC A monitoring unit 38 for monitoring an energy storage system (ESS) function to be stored in the battery cell 10, and a control unit 40 for controlling the system.

상기 제어부(40)는 상기 모니터링부(38)가 셀 전압 센싱 회로로부터 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱한 후, 각각 배터리 셀(10)의 전압 레벨을 기준 전압과 비교를 반복하여 다수개의 내장된 배터리 셀(10)의 전력을 밸런싱하기 위해 각 배터리 셀(10)에 일정하게 전력이 분배되도록 제어한다.The controller 40 receives the charging voltage of the capacitor from the cell voltage sensing circuit, senses the voltage of the battery cell, and then repeatedly compares the voltage level of the battery cell 10 with the reference voltage So as to distribute power to each battery cell 10 in order to balance the powers of the plurality of built-in battery cells 10.

또한 제어부(40)는 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같은지 판단하여 전압이 기준 전압과 같지 않은 경우 전력 이동시키고, 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같은 경우 전력 이동을 중단하여 셀 밸런싱을 완료한다.Also, the controller 40 determines whether the voltage of the battery cell 10 is equal to the reference voltage. If the voltage of the battery cell 10 is not equal to the reference voltage, the controller 40 moves the power. If the voltage of the battery cell 10 is equal to the reference voltage, Complete cell balancing.

아래 표 1과 같이 본 발명에 따른 실시간 모니터링 항목으로 전압(Voltage), 전류(Current), 온도(Temperature Measure), 충전량(SOC:State of Charge Calculation), 수명 예측(SOH:State of Health Estimation), 진단 알고리즘(Diagnostic Algorithm), 방호 알고리즘(Protection Algorithm), 통신(Modbus, CAN, DNA 등) 등을 포함한다.Current, Temperature Measure, State of Charge Calculation (SOC), State of Health Estimation (SOH), and the like, as real-time monitoring items according to the present invention, Diagnostic Algorithm, Protection Algorithm, Communication (Modbus, CAN, DNA, etc.).




BMS 실시간 모니터링 항목


BMS real-time monitoring item 전압(Voltage)Voltage 전류(Current)Current 온도(Temperature Measure)Temperature Measure 충전량(SOC : State of Charge Calculation)State of Charge Calculation (SOC) 수명 예측(SOH : State of Health Estimation)State of Health Estimation (SOH) 진단 알고리즘(Diagnostic Algorithm)Diagnostic Algorithm 방호 알고리즘(Protection Algorithm)Protection Algorithm 통신(Modbus, CAN, DNA 등)Communication (Modbus, CAN, DNA, etc.)

도 2 내지 도 4a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 셀(10)의 충전, 방전 시 고열, 과충전 및 과방전을 막아주며 배터리 셀(10) 간의 전압을 균일하게 하여 에너지 효율 및 배터리 수명을 높일 수 있다.As shown in FIGS. 2 to 4A, the battery cell 10 according to the present invention prevents high temperature, overcharge, and overdischarge during charging and discharging, and uniformizes the voltage between the battery cells 10 to improve energy efficiency and battery life .

이를 위해 본 발명은 Multi-Cell Battery Stack Monitor chip을 이용한 Battery Cell Balancing 기능을 갖는다.To this end, the present invention has a battery cell balancing function using a multi-cell battery stack monitor chip.

또한 본 발명은 배터리 셀(10)의 Cell Balancing 구현을 위하여 기본적으로 전압 측정부(20)를 통해 Battery Cell별 전압 측정이 가능하고, 자체 Passive 방식의 Cell Balancing 기능이 내장된 Linear사의 LTC680 계열 chip을 사용한다.The present invention also relates to a method of measuring the voltage of each battery cell through the voltage measuring unit 20 for the cell balancing of the battery cell 10 and a method of measuring the voltage of the LTC680 series chip of Linear, use.

이를 위해 배터리 셀 모듈(200)에 대한 전류 측정을 위한 ADC측정 포트를 제공한다.To this end, an ADC measurement port for current measurement for the battery cell module 200 is provided.

본 발명은 Multi-Cell Battery Stack Monitor chip 내 온도센서 부착이 가능하며 제어부(40)가 배터리 셀(10) 내 온도 수집을 통한 배터리 셀(10)의 온도상승 방지 기능을 갖고 있다.The present invention is capable of attaching a temperature sensor in a Multi-Cell Battery Stack Monitor chip and has a function of preventing temperature rise of the battery cell 10 by collecting the temperature in the battery cell 10 by the control unit 40.

다수의 배터리 셀(10)을 하나의 배터리 셀 모듈(200)로 구성하며, 각 배터리 셀 모듈(200)에 도 3의 Monitoring chip을 장착하고, Monitoring chip은 자체 모듈별 전원공급이 가능하고 SPI통신은 절연방식으로 구성한다.The plurality of battery cells 10 may be constituted by one battery cell module 200 and the monitoring chip of FIG. 3 may be mounted on each battery cell module 200. The monitoring chip may be powered by its own module, Are constructed in an insulating manner.

또한 본 발명은 다수의 배터리 셀 모듈(200)을 직렬로 연결시 높은 전압 구성이 가능하여 AC공급 전압에 따른 효율적인 직류전압이 구성 가능하다.Also, since a high voltage can be configured when a plurality of battery cell modules 200 are connected in series, an effective DC voltage according to an AC supply voltage can be configured.

이하 본 발명의 일실시예로서 리튬계 배터리의 수명 및 효율적인 관리를 위하여 충전용량별 Constant Current, Constant Voltage 제어 장치 및 알고리즘을 설명한다.Hereinafter, a constant current and constant voltage control apparatus and algorithm for each charge capacity will be described in order to manage the lifetime of the lithium-ion battery and to efficiently manage the lithium battery.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 따라 충전시간 최적화를 위한 CC Control 및 CV Control 충전방식 회로도이고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 배터리 셀(10)의 셀 밸런싱 회로의 이상 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.FIG. 4A is a circuit diagram of a CC control and a CV control charging scheme for optimizing the charging time according to an embodiment of the present invention. FIG. 4B is a diagram illustrating a method of diagnosing an abnormality of a cell balancing circuit of a battery cell 10 according to an embodiment of the present invention Fig.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성도이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 5A is a configuration diagram of a battery pack according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a flowchart illustrating a method of charging a battery pack according to another embodiment of the present invention.

도 4a와 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 각 배터리 셀(V1, V2), 캐패시터(C1, C2), 전압측정부(20), 제1 및 제2스위치(281, 283), 셀 밸런싱 회로(30A, 30B), DC/AC 변환기(260), AC/DC 변환기(270), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 모니터링부(38), 제어부(40)로 구성된다.4A and FIG. 5A, the present invention can be applied to each of the battery cells V1 and V2, the capacitors C1 and C2, the voltage measuring unit 20, the first and second switches 281 and 283, The first switch SW1, the second switch SW2, the monitoring unit 38, and the control unit 40. The balancing circuits 30A and 30B, the DC / AC converter 260, the AC / DC converter 270, do.

캐패시터(C1, C2)는 각 배터리 셀(V1, V2)의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인과 접속되어 각 배터리 셀의 전압을 충전한다.The capacitors C1 and C2 are connected to a voltage sensing line connected to both terminals of the battery cells V1 and V2 to charge the voltage of each battery cell.

전압측정부(20)는 상기 전압 센싱 라인을 통해 각 배터리 셀에 대응되는 캐패시터의 충전 전압을 센싱한다.The voltage measuring unit 20 senses the charging voltage of the capacitor corresponding to each battery cell through the voltage sensing line.

제1 및 제2스위치(281, 283)는 상기 캐패시터를 기준으로 배터리 셀 측 전압 센싱 라인과 셀 전압 센싱 회로 측 전압 센싱 라인에 각각 설치된다.The first and second switches 281 and 283 are respectively provided on the battery cell side voltage sensing line and the cell voltage sensing circuit voltage sensing line with respect to the capacitor.

셀 밸런싱 회로(30A, 30B)는 상기 캐패시터의 양 단자와 연결되어 캐패시터를 방전시킨다.Cell balancing circuits 30A and 30B are connected to both terminals of the capacitor to discharge the capacitor.

DC/AC 변환기(260)는 내장된 배터리 셀의 전력을 AC 전력으로 변환하여 내장된 변압기로 전달한다.The DC / AC converter 260 converts the power of the built-in battery cell into AC power and transmits it to the built-in transformer.

AC/DC 변환기(270)는 내장된 변압기의 외부측 연결단에 인가된 전력을 DC 전력으로 변환하여 내장된 배터리 셀로 전달한다.The AC / DC converter 270 converts the power applied to the external connection terminal of the built-in transformer to DC power and transfers it to the built-in battery cell.

제1 스위치(SW1)는 내장된 배터리 셀과 상기 DC/AC 변환기 사이 또는 상기 DC/AC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 상기 제어부(40)의 제어에 따라 열리거나 닫힌다.The first switch SW1 is located between the built-in battery cell and the DC / AC converter or between the DC / AC converter and the built-in transformer, and is opened or closed under the control of the controller 40.

제2 스위치(SW2)는 내장된 배터리 셀과 상기 AC/DC 변환기 사이 또는 상기 AC/DC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 상기 제어부(40)의 제어에 따라 열리거나 닫힌다.The second switch SW2 is located between the built-in battery cell and the AC / DC converter or between the AC / DC converter and the built-in transformer, and is opened or closed under the control of the controller 40.

모니터링부(38)는 상기 제1 및 제2스위치를 순차적으로 동작시켜 셀 전압 센싱 회로로부터 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 내장된 배터리 셀의 모니터링한 상태 정보를 저장한다.The monitoring unit 38 sequentially operates the first and second switches to receive the charging voltage of the capacitor from the cell voltage sensing circuit and senses the voltage of the battery cell and stores the monitored state information of the built-in battery cell .

제어부(40)는 상기 센싱한 배터리 셀의 전압을 전달받아 저장하고, 상기 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 캐패시터를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치를 동작시켜 상기 모니터링부(38)에서 센싱된 캐패시터의 충전 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별하며, 상기 DC/AC 변환기와 상기 AC/DC 변환기를 제어하여 내장된 배터리 셀과 내장된 변압기 사이의 전력 이동을 제어한다.The controller 40 receives and stores the sensed voltage of the battery cell, operates the cell balancing circuit to discharge the capacitor, and then operates the second switch again after a predetermined time elapses, Determines whether the cell balancing circuit is malfunctioning based on the charged voltage of the capacitor, and controls power transfer between the built-in battery cell and the built-in transformer by controlling the DC / AC converter and the AC / DC converter.

도 4b에 도시된 바와 같이 S10 단계에서, 제어부(40)는 제2스위치(SW2)를 턴오프시킨 상태에서 제1스위치(SW1)를 턴온시켜 각 배터리 셀(V1, V2)의 전압을 대응하는 캐패시터(C1, C2)에 충전시킨다.4B, in step S10, the controller 40 turns on the first switch SW1 while turning off the second switch SW2 to turn on the voltages of the battery cells V1 and V2 Thereby charging the capacitors C1 and C2.

S20 단계에서, 제어부(40)는 제1스위치(SW1)를 턴오프시키고 제2스위치(SW2)를 턴온시켜 캐패시터(C1, C2)와 전압 측정부(20)를 연결함으로써 전압 측정부(20)를 통해 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압을 측정한다. 여기서, 측정된 전압 값은 각 배터리 셀(V1, V2)의 셀 전압에 해당한다.In step S20, the control unit 40 turns off the first switch SW1 and turns on the second switch SW2 to connect the capacitors C1 and C2 and the voltage measuring unit 20, The charging voltage of the capacitors C1 and C2 is measured. Here, the measured voltage value corresponds to the cell voltage of each of the battery cells V1 and V2.

S30 단계에서, 제어부(40)는 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)를 턴오프시킨 상태에서 제3스위치(SW3-1, SW3-2)를 턴온시켜 캐패시터(C1, C2)의 양단을 대응하는 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)와 연결함으로써 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압을 일정한 시간 동안 방전시킨다.In step S30, the control unit 40 turns on the third switches SW3-1 and SW3-2 while turning off the first switch SW1 and the second switch SW2 to turn on the capacitors C1 and C2 By connecting both ends with the corresponding cell balancing circuits 30A and 30B, the charging voltage of the capacitors C1 and C2 is discharged for a predetermined time.

S40 단계에서, 제어부(40)는 제1스위치(SW1)와 제3스위치(SW3-1, SW3-2)를 턴오프시킨 상태에서 제2스위치(SW2)를 턴온시켜 방전된 캐패시터(C1, C2)의 양단을 전압 측정부(20)에 연결하여 전압 측정부(20)를 통해 방전된 캐패시터(C1, C2)의 잔류 전압을 다시 측정한다.In step S40, the controller 40 turns on the second switch SW2 while the first switch SW1 and the third switches SW3-1 and SW3-2 are turned off, and the discharged capacitors C1 and C2 Is connected to the voltage measuring unit 20 and the residual voltage of the capacitors C1 and C2 discharged through the voltage measuring unit 20 is measured again.

S50 단계에서, 제어부(40)는 방전된 캐패시터(C1, C2)의 잔류 전압이 미리 정한 기준 전압을 초과하면 해당하는 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 이상이 있는 것으로 판별한다.In step S50, when the residual voltage of the discharged capacitors C1 and C2 exceeds a predetermined reference voltage, the control unit 40 determines that the corresponding cell balancing circuit 30A or 30B is abnormal.

추가적으로, 제어부(40)는 방전된 캐패시터(C1, C2)의 잔류 전압과 배터리 셀(V1, V2)의 셀 전압을 상호 대비하여 두 전압 값의 차이가 미리 정한 기준 전압 미만이면 해당하는 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 이상이 있는 것으로 판별한다.In addition, the control unit 40 compares the residual voltage of the discharged capacitors C1 and C2 with the cell voltages of the battery cells V1 and V2. If the difference between the two voltage values is less than a predetermined reference voltage, (30A, 30B) is abnormal.

S60 단계에서, 제어부(40)는 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 이상이 발생되지 않은 것으로 판별되면, 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)의 이상 진단을 위한 프로세스를 종료한다. In step S60, if it is determined that no abnormality has occurred in the cell balancing circuits 30A and 30B, the control unit 40 ends the process for abnormality diagnosis of the cell balancing circuits 30A and 30B.

반면, 제어부(40)를 통해 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 이상이 발생된 것으로 판별되면, 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 이상이 발생한 사실을 이상 경보기(50)를 통해 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경보한다(S70 단계).On the other hand, when it is determined that an abnormality has occurred in the cell balancing circuits 30A and 30B through the control unit 40, the abnormality of the cell balancing circuits 30A and 30B is notified to the external user through the abnormal alarm 50 The user is visually or audibly alarmed (step S70).

상술한 S10 단계 내지 S70 단계는 각 배터리 셀(V1, V2)에 대응하는 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)의 이상 진단을 위해 일정한 주기로 반복적으로 실행될 수 있으며, 사용자의 진단 명령 또는 제어부(40)의 제어 알고리즘에서 자동으로 발생되는 진단 명령에 의해 실행될 수 있다.The above-described steps S10 to S70 may be repeatedly executed at predetermined intervals to diagnose an abnormality of the cell balancing circuits 30A and 30B corresponding to the battery cells V1 and V2, Can be executed by a diagnostic command that is automatically generated by the control algorithm.

도 5b에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 모듈(200)의 전압측정부(20)를 통해 전압 정보를 모니터링하는 모니터링부(38)와 상기 모니터링된 정보에 따라 제어하는 제어부(40)는 배터리 셀 모듈(200)의 배터리 셀(10)의 전압과 기준 전압을 비교한다(S110).A monitoring unit 38 for monitoring voltage information through the voltage measuring unit 20 of the battery cell module 200 and a control unit 40 for controlling the monitored voltage according to the monitored information, The voltage of the battery cell 10 of the battery 200 is compared with the reference voltage (S110).

상기 제어부(40)는 배터리 팩(100)에 내장된 배터리 셀(10)의 평균 전압을 기준 전압으로 이용할 수 있다. 또는 상기 제어부(40)는 배터리 셀(10)의 충전이나 방전 시간을 기초로 시간에 따른 기준 전압을 단계적으로 설정할 수 있다.The control unit 40 may use an average voltage of the battery cell 10 built in the battery pack 100 as a reference voltage. Alternatively, the control unit 40 may set the reference voltage according to time based on the charging or discharging time of the battery cell 10.

배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압보다 높은 경우, 제어부(40)는 배터리 셀 모듈(200)의 배터리 셀(10)에 인가된 전력을 AC 전력으로 변환하여 변압기(250)로 전달하도록 배터리 셀 모듈(200)을 제어한다(S120). When the voltage of the battery cell 10 is higher than the reference voltage, the controller 40 converts the power applied to the battery cell 10 of the battery cell module 200 into AC power, And controls the module 200 (S120).

이때 제어부(40)는 DC/AC 변환기(260)를 작동하고 스위치(281)를 턴온한다. 그리고 제어부(40)는 AC/DC 변환기(270)를 작동하지 않고 스위치(283)를 턴오프한다.At this time, the control unit 40 operates the DC / AC converter 260 and turns on the switch 281. Then, the control unit 40 turns off the switch 283 without activating the AC / DC converter 270.

배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압보다 낮은 경우, 제어부(40)는 변압기(250)에 인가된 전력을 DC 전력으로 변환하여 배터리 셀(10)로 전달하도록 배터리 셀 모듈(200)을 제어한다(S130). 이때 제어부(40)는 AC/DC 변환기(270)를 작동하고 스위치(283)를 턴온하며, DC/AC 변환기(260)와 스위치(281)를 턴오프한다.When the voltage of the battery cell 10 is lower than the reference voltage, the controller 40 controls the battery cell module 200 to convert the power applied to the transformer 250 into DC power and transmit the DC power to the battery cell 10 (S130). At this time, the control unit 40 activates the AC / DC converter 270, turns on the switch 283, and turns off the DC / AC converter 260 and the switch 281.

이후 제어부(40)는 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같은지 판단한다(S140). 아직 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같지 않은 경우, 제어부(40)는 S110 이후 단계를 반복한다.Thereafter, the controller 40 determines whether the voltage of the battery cell 10 is equal to the reference voltage (S140). If the voltage of the battery cell 10 is not equal to the reference voltage, the control unit 40 repeats steps after step S110.

그리고 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같은 경우, 제어부(40)는 해당 배터리 셀 모듈(200)의 배터리 셀(10)과 변압기(250) 사이의 전력 이동을 중단한다(S150). 이때 제어부(40)는 해당 배터리 셀 모듈(200)의 DC/AC 변환기(260), AC/DC 변환기(270) 그리고 복수의 스위치(281, 283)를 턴오프 한다.If the voltage of the battery cell 10 is equal to the reference voltage, the control unit 40 stops the power transfer between the battery cell 10 and the transformer 250 of the corresponding battery cell module 200 (S150). At this time, the control unit 40 turns off the DC / AC converter 260, the AC / DC converter 270, and the plurality of switches 281 and 283 of the corresponding battery cell module 200.

제어부(40)는 모든 배터리 셀 모듈(200)의 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같은지 판단한다(S160). 아직 모든 배터리 셀 모듈(200)의 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같지 않은 경우, 제어부(40)는 해당 배터리 셀 모듈(200)에 대해 S110 이후 단계를 반복한다.The control unit 40 determines whether the voltage of the battery cell 10 of all the battery cell modules 200 is equal to the reference voltage (S160). If the voltage of the battery cell 10 of all the battery cell modules 200 is not equal to the reference voltage, the control unit 40 repeats steps after step S110 for the corresponding battery cell module 200. [

제어부(40)는 모든 배터리 셀 모듈(200)의 배터리 셀(10)의 전압이 기준 전압과 같은 경우, 배터리 셀 모듈 팩(100)은 셀 밸런싱을 완료한다(S170).If the voltage of the battery cells 10 of all the battery cell modules 200 is equal to the reference voltage, the control unit 40 completes the cell balancing of the battery cell module packs 100 (S170).

또한 제어부(40)는 각 배터리 셀 모듈(200)의 잉여 전력을 전압이 낮은 배터리 셀 모듈(200)에 공급하여 셀 밸런싱을 수행한다. 배터리 셀 모듈 팩(100)은 충전할 때뿐만 아니라 방전하는 경우에도 이와 같은 방법을 이용하여 배터리 셀 모듈 팩(100)을 구성하는 배터리 셀 모듈(200)의 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.The control unit 40 also supplies the surplus power of each battery cell module 200 to the battery cell module 200 having a low voltage to perform cell balancing. The battery cell module pack 100 can perform cell balancing of the battery cell module 200 constituting the battery cell module pack 100 by using such a method as well as when charging or discharging.

도 6에 도시된 바와 같이, 만일 배터리 셀(10)이 Vin > 0 , Iin > 0이고, 볼트 영역(voltage region)이 K이면, 제어부(40)을 통해 최저 dc 모선 전압(dc bus voltage)을 가지고 있는 (K-1) 셀이 "+1" 모드로 충전된다. 이 때 K 번째 배터리 셀(10)은 PWM 모드이고, 나머지는 "0"모드이다.6, if the battery cell 10 has V in > 0, I in > 0, and the voltage region is K, the control unit 40 determines the lowest dc bus voltage (dc bus voltage (K-1) cell having the " 1 " At this time, the Kth battery cell 10 is in the PWM mode and the other is the "0" mode.

배터리 셀(10)이 Vin > 0 , Iin < 0이고, 볼트 영역이 K이면, 제어부(40)을 통해 최대 dc 모선 전압을 가지고 있는 (K-1) 셀이 "+1" 모드로 방전된다. 이 때 K 번째 배터리 셀(10)은 PWM 모드이고, 나머지는 "0"모드이다.(K-1) cell having the maximum dc bus voltage through the control unit 40 is discharged in the "+1" mode when the battery cell 10 has V in > 0, I in < do. At this time, the Kth battery cell 10 is in the PWM mode and the other is the "0" mode.

배터리 셀(10)이 Vin < 0 , Iin > 0이고, 볼트 영역이 K이면, 제어부(40)을 통해 최대 dc 모선 전압을 가지고 있는 (K-1) 셀이 "-1" 모드로 방전된다. 이 때 K 번째 배터리 셀(10)은 PWM 모드이고, 나머지는 "0"모드이다.If the battery cell 10 has V in < 0 and I in > 0 and the voltage is in the K range, the (K-1) cell having the maximum dc bus voltage through the control unit 40 discharges do. At this time, the Kth battery cell 10 is in the PWM mode and the other is the "0" mode.

배터리 셀(10)이 Vin < 0 , Iin < 0이고, 볼트 영역이 K이면, 제어부(40)을 통해 최저 dc 모선 전압을 가지고 있는 (K-1) 셀이 "-1" 모드로 충전된다. 이 때 K 번째 배터리 셀(10)은 PWM 모드이고, 나머지는 "0"모드이다.(K-1) cell having the lowest dc bus voltage through the control unit 40 is charged in the "-1" mode when the battery cell 10 has V in &lt; 0 and I in &lt; do. At this time, the Kth battery cell 10 is in the PWM mode and the other is the "0" mode.

여기에서 상기 배터리 셀(10)에서 K 셀은 PWM(pulse-width modulation) 모드이고, 나머지는 "0" 모드이다.Here, the K cell in the battery cell 10 is a pulse-width modulation (PWM) mode, and the remaining is a "0" mode.

도면에 나타나 있는 벡터 Vi 값은 "0", "+1", "-1", 또는 PWM을 포함하며, 배터릴 셀의 동작 모드를 표현한다.The vector V i value shown in the figure includes "0", "+1", "-1", or PWM, and represents the operation mode of the battery reel cell.

K 영역은 입력 볼트(|Vin|)의 크기를 표시하는 것으로서 아래 수학식 1로 정의된다.The K region represents the magnitude of the input volt (| V in |) and is defined by Equation (1) below.

Figure 112017046714420-pat00001
Figure 112017046714420-pat00001

여기에서 각 입력 전압 Vin은 동일하게 Vc로 나뉜다. Vc는 dc 모선 전압(dc bus voltage) 레퍼런스로서 각 셀의 전압 기준이 된다.Here, each input voltage V in is equally divided into Vc. Vc is the reference voltage of each cell as a dc bus voltage reference.

그리고 입력 전압 K가 업데이트될 경우 스위칭 함수(h1... hN)는 멀티 플렉서에 의해 작동되고, 다음 입력 데이터에 대한 샘플링이 반복된다.When the input voltage K is updated, the switching function (h 1 ... h N ) is activated by the multiplexer and the sampling for the next input data is repeated.

10 : 배터리 셀
20 : 전압 측정부
30A, 30B : 셀 밸런싱 회로
40 : 제어부
200 : 배터리 셀 모듈
250 : 변압기
260 : DC/AC 변환기
281, 283 : 스위치
270 : AC/DC 변환기10: Battery cell
20:
30A, 30B: cell balancing circuit
40:
200: Battery cell module
250: Transformer
260: DC / AC converter
281, 283: switch
270: AC / DC converter

Claims (5)

배터리 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인과 접속되어 각 배터리 셀의 전압을 충전하는 캐패시터;
상기 전압 센싱 라인을 통해 각 배터리 셀에 대응되는 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 전압측정부;
상기 캐패시터의 양 단자와 연결되어 캐패시터를 방전시키는 셀 밸런싱 회로;
내장된 배터리 셀의 전력을 AC 전력으로 변환하여 내장된 변압기로 전달하는 DC/AC 변환기;
내장된 변압기의 외부측 연결단에 인가된 전력을 DC 전력으로 변환하여 내장된 배터리 셀로 전달하는 AC/DC 변환기;
내장된 배터리 셀과 상기 DC/AC 변환기 사이 또는 상기 DC/AC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 제어부의 제어에 따라 열리거나 닫히는 제1 스위치;
내장된 배터리 셀과 상기 AC/DC 변환기 사이 또는 상기 AC/DC 변환기와 내장된 변압기 사이에 위치하고, 제어부의 제어에 따라 열리거나 닫히는 제2 스위치;
상기 캐패시터의 양단과 셀 밸런싱 회로와 연결하여 캐패시터의 충전 전압을 일정한 시간 동안 방전시키는 제3 스위치;
상기 제1 및 제2스위치를 순차적으로 동작시켜 셀 전압 센싱 회로로부터 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 내장된 배터리 셀의 모니터링한 상태 정보를 저장하는 모니터링부;
상기 센싱한 배터리 셀의 전압을 전달받아 저장하고, 상기 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 캐패시터를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치를 동작시켜 상기 모니터링부에서 센싱된 캐패시터의 충전 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별하며, 상기 DC/AC 변환기와 상기 AC/DC 변환기를 제어하여 내장된 배터리 셀과 내장된 변압기 사이의 전력 이동을 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는 제2스위치를 턴오프시킨 상태에서 제1스위치를 턴온시켜 각 배터리 셀의 전압을 대응하는 캐패시터에 충전시킨 후,
상기 모니터링부는 제1스위치를 턴오프시키고 제2스위치를 턴온시켜 캐패시터와 전압 측정부를 연결함으로써 전압 측정부를 통해 캐패시터의 충전 전압을 측정하고, 상기 제어부가 제1스위치와 제2스위치를 턴오프시킨 상태에서 제3스위치를 턴온시켜 캐패시터의 양단을 대응하는 셀 밸런싱 회로와 연결함으로써 캐패시터의 충전 전압을 일정한 시간 동안 방전시키며,
상기 제어부가 상기 제1스위치와 제3스위치를 턴오프시킨 상태에서 제2스위치를 턴온시켜 방전된 캐패시터의 양단을 전압 측정부에 연결하여 상기 모니터링부가 전압 측정부를 통해 방전된 캐패시터의 잔류 전압을 다시 측정하며,
상기 모니터링부는 모니터링 항목으로 전압, 전류, 온도, 충전량, 수명 예측, 진단 알고리즘, 방호 알고리즘, 통신을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 안정화 및 효율적 관리를 위하여 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템.A capacitor connected to a voltage sensing line connected to both terminals of the battery cell to charge the voltage of each battery cell;
A voltage measuring unit for sensing a charging voltage of a capacitor corresponding to each battery cell through the voltage sensing line;
A cell balancing circuit connected to both terminals of the capacitor to discharge the capacitor;
A DC / AC converter for converting the power of the built-in battery cell to AC power and delivering it to the built-in transformer;
An AC / DC converter for converting the power applied to the outer side connection end of the built-in transformer to DC power and delivering the DC power to the built-in battery cell;
A first switch located between the built-in battery cell and the DC / AC converter or between the DC / AC converter and a built-in transformer, the first switch being opened or closed under the control of the controller;
A second switch located between the built-in battery cell and the AC / DC converter or between the AC / DC converter and the built-in transformer, the second switch being opened or closed under the control of the controller;
A third switch connected between both ends of the capacitor and the cell balancing circuit to discharge the charged voltage of the capacitor for a predetermined time;
A monitoring unit that sequentially operates the first and second switches to receive a charging voltage of the capacitor from the cell voltage sensing circuit, senses a voltage of the battery cell, and stores monitored state information of the built-in battery cell;
The cell balancing circuit operates the cell balancing circuit to discharge the capacitor. After a predetermined time has elapsed, the second switch is operated again. Based on the charged voltage of the capacitor sensed by the monitoring unit, And a controller for controlling the DC / AC converter and the AC / DC converter to control power transfer between the built-in battery cell and the built-in transformer,
The controller turns on the first switch in a state where the second switch is turned off to charge the corresponding capacitor in the voltage of each battery cell,
The monitoring unit measures the charge voltage of the capacitor through the voltage measuring unit by turning off the first switch and turning on the second switch to connect the capacitor and the voltage measuring unit, and when the control unit turns off the first switch and the second switch The third switch is turned on to connect the both ends of the capacitor to the corresponding cell balancing circuit to discharge the charge voltage of the capacitor for a predetermined time,
The control unit turns on the second switch in a state where the first switch and the third switch are turned off and connects the both ends of the discharged capacitor to the voltage measuring unit so that the residual voltage of the capacitor discharged through the monitoring unit voltage measuring unit is re- And,
The monitoring unit includes monitoring items such as voltage, current, temperature, charge amount, lifetime prediction, diagnosis algorithm, protection algorithm, and communication. In order to stabilize and efficiently manage the energy storage system, System. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 모니터링부에 의해 방전된 것으로 측정된 캐패시터의 잔류 전압이 미리 정한 기준 전압을 초과하면 해당하는 셀 밸런싱 회로에 이상이 있는 것으로 판별하거나, 방전된 캐패시터의 잔류 전압과 배터리 셀의 셀 전압을 상호 대비하여 두 전압 값의 차이가 미리 정한 기준 전압 미만이면 해당하는 셀 밸런싱 회로에 이상이 있는 것으로 판별하고, 상기 셀 밸런싱 회로에 이상이 발생된 것으로 판별되면, 경보기를 통해 외부의 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경보하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 안정화 및 효율적 관리를 위하여 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템.The method according to claim 1,
The controller determines that the residual voltage of the capacitor measured by the monitoring unit exceeds a predetermined reference voltage, determines that the corresponding cell balancing circuit is abnormal, or determines that the residual voltage of the discharged capacitor and the cell voltage If the difference between the two voltage values is less than a predetermined reference voltage, it is determined that there is an abnormality in the corresponding cell balancing circuit. If it is determined that an abnormality has occurred in the cell balancing circuit, Or audibly alarms the battery in order to stabilize and efficiently manage the energy storage system. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 배터리 셀의 전압과 기준 전압을 비교하고, 배터리 셀의 전압이 기준 전압보다 높은 경우, 제어부는 배터리 셀에 인가된 전력을 AC 전력으로 변환하여 변압기로 전달하도록 제어하고,
배터리 셀의 전압이 기준 전압보다 낮은 경우, 제어부는 변압기에 인가된 전력을 DC 전력으로 변환하여 배터리 셀로 전달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 안정화 및 효율적 관리를 위하여 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템.The method according to claim 1,
The control unit compares the voltage of the battery cell with a reference voltage, and when the voltage of the battery cell is higher than the reference voltage, the control unit converts the power applied to the battery cell to AC power and transfers the converted AC power to the transformer.
And the control unit converts the power applied to the transformer into DC power and transfers the DC power to the battery cell when the voltage of the battery cell is lower than the reference voltage. In order to stabilize and efficiently manage the energy storage system, Systems to monitor and control. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 배터리 셀의 전압이 기준 전압과 같은지 판단하여 전압이 기준 전압과 같지 않은 경우 전력 이동시키고, 배터리 셀의 전압이 기준 전압과 같은 경우 전력 이동을 중단하여 셀 밸런싱을 완료하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 안정화 및 효율적 관리를 위하여 배터리의 상태를 주기적으로 모니터링 및 제어하는 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit determines whether a voltage of the battery cell is equal to a reference voltage, moves the power when the voltage is not equal to the reference voltage, and terminates the cell balancing by stopping power transfer when the voltage of the battery cell is equal to the reference voltage A system that periodically monitors and controls the state of the battery to stabilize and efficiently manage the energy storage system.
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