KR101956254B1 - 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 형태는 전기자동차에 마련된 복수개의 배터리 모듈의 온도를 각각 센싱한 후, 센싱되는 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어할 수 있다. 센싱되는 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어하는 것은, BMS 유닛으로부터 배터리 모듈의 충전상태, 배터리 모듈에서 감지되는 센싱 전압을 수집하는 정보 수집 과정; 전기자동차의 각 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상 될 때까지 각 배터리 모듈을 충전시키는 제어를 수행하는 기준치 충전 과정; 전기자동차의 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상되는 경우, 각 배터리 모듈에서 실제로 출력되는 전압인 모듈별 실제 전압을 각 배터리 모듈별로 산출하는 모듈별 실제 전압 산출 과정; 전기자동차의 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 전압인 센싱 전압에서 배터리 모듈의 실제 전압을 차감한 값인 모듈별 전압차를 각 배터리 모듈별로 산출하는 모듈별 전압차 산출 과정; 상기 모듈별 전압차에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 개별적으로 제어하는 모듈별 충전 전류량 제어 과정;을 포함할 수 있다.

Description

전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템 {Balancing control system by changing the current command according to the voltage value of the electric vehicle battery module}

본 발명은 전기자동차 배터리의 모듈을 개별적으로 충전하는 밸런싱 제어 시스템으로서, 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템에 관한 것이다.

배터리를 독립적인 에너지원으로 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 특히 ESS(Energy Storage System)이나 전기자동차 기술분야에서 활발히 다루어지고 있다.

최근 전기자동차의 배터리는 부피 대비 높은 에너지밀도를 갖는 리튬 계열의 2차 전지를 사용한다. 이러한 리튬 계열의 배터리는 전기화학적인 반응을 통해 전기 에너지의 충전과 방전을 수행한다.

전기자동차의 배터리는 다수의 셀 전지의 직렬 연결을 통해 모듈 전지로 구성되고, 또 다수의 모듈 전지는 직렬, 병렬 연결을 통해 배터리 팩을 구성하게 된다. 일반적으로 배터리 팩을 일괄적으로 충전과 방전을 수행하며 배터리 팩을 구성하는 모듈 전지 간의 편차가 발생하여 이용률 및 수명 측에서 비효율적이다. 즉, 배터리 팩으로 패키지 된 모듈 전지의 위치에 따라 누적되는 열과 방출되는 열이 달라서 모듈별 온도가 각기 다르게 된다. 이로 인하여 배터리를 관리하는 BMS에서 센서를 통해 읽어들이는 전압과 실제 모듈 전지의 전압이 다르게 되는 문제가 발생한다. 따라서 제어기를 통한 정확한 제어가 불가능하여 모듈 전지 별 이용률 저감, 효율 감소, 수명 저하 등 여러 가지 문제가 발생한다.

상술하면, 종래에는 전압을 센서를 통해 센싱받는 전압 정보로 배터리 팩 단위의 통합적인 충전과 방전을 수행하였는데, 센싱받는 전압 정보의 신뢰성이 낮아 다음과 같은 문제가 있다.

첫 번째 문제점은, 전기자동차의 배터리 팩은 전기자동차용 전동기를 구동하고 장거리를 주행하며 차량 내 모든 전장 장치에 전력을 공급하기 위하여 대용량의 배터리가 요구된다. 많은 경우 수천개의 셀전지로 수백개의 모듈로 구성된 배터리를 직병렬로 구성하는 구조에서 도 1과 도 2와 같이 누적되는 열량과 방출되는 열량이 불균등해지며 이는 모듈 간 온도 불평형으로 나타나게 된다. 온도에 따라서 센싱받는 전압 정보의 오차가 각기 다르게 발생하게 되며 낮은 신뢰도를 갖는 전압 정보를 토대로 제어를 수행할 경우 실제 배터리의 효율이 낮아지는 문제가 발생한다.

두 번째 문제점은, 전기자동차용 대용량 배터리를 일괄적으로 충방전하는 점이다. 앞서 설명한 바와 같이 여러 가지 요건으로 인하여 모듈 전지 간 불균형이 발생하는데 이를 고려하지 않고 일괄적인 충방전을 수행할 경우 특정 모듈의 과충전 혹은 과방전, 전기적인 스트레스, 수명 저하 등으로 파손이 발생할 가능성이 높아진다. 해당 특정 모듈의 파손으로 인하여 직병렬로 구성된 배터리 팩 전체의 이용률이 감소하고, 심각할 경우 배터리를 전면 교체해야 할 상황을 초래할 수 있다.

따라서 전기자동차의 배터리를 효율적으로 관리 및 사용하여 기존보다 높은 기대 수명을 가지도록 하는 수단의 필요성이 절실하다.

한국공개특허 10-2012-0072192호

본 발명의 기술적 과제는 전기자동차의 배터리를 모듈 단위로 관리하여 각기 필요한 출력 전류량을 제어하여 충전함으로써 기존보다 높은 기대 수명을 보장하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 전기자동차에 마련된 복수개의 배터리 모듈의 온도를 각각 센싱한 후, 센싱되는 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어할 수 있다.

상기 센싱되는 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어하는 것은, BMS 유닛으로부터 배터리 모듈의 충전상태, 배터리 모듈에서 감지되는 센싱 전압을 수집하는 정보 수집 과정; 전기자동차의 각 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상 될 때까지 각 배터리 모듈을 충전시키는 제어를 수행하는 기준치 충전 과정; 전기자동차의 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상되는 경우, 각 배터리 모듈에서 실제로 출력되는 전압인 모듈별 실제 전압을 각 배터리 모듈별로 산출하는 모듈별 실제 전압 산출 과정; 전기자동차의 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 전압인 센싱 전압에서 배터리 모듈의 실제 전압을 차감한 값인 모듈별 전압차를 각 배터리 모듈별로 산출하는 모듈별 전압차 산출 과정; 상기 모듈별 전압차에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 개별적으로 제어하는 모듈별 충전 전류량 제어 과정;을 포함할 수 있다.

상기 기준치는, 배터리 모듈의 충전량이 만충 대비하여 80%임을 특징으로 할 수 있다.

상기 모듈별 실제 전압 산출 과정은, 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 센싱 전압을 측정하는 과정; 배터리 모듈의 온도에 의해 영향받는 파라미터 전압인 온도 연동 전압을 측정하는 과정; 배터리 모듈의 내부저항에 의해 영향받는 파라미터 전압인 저항 연동 전압을 측정하는 과정; 및 상기 센싱 전압에서 상기 온도 연동 전압과 저항 연동 전압을 차감하여 모듈별 실제 전압을 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 온도 연동 전압은, 온도 연동 전압을 V_Ta라 하며, T_{n -BAT}는 n번째 배터리 모듈의 온도이며, T_s는 센싱 전압을 측정할 때의 측정 온도값이며, T_s는 보정 게인값이라 할 때, "V_Ta = (T_{n -BAT} - T_s)×G"에 의해 산출됨을 특징으로 할 수 있다.

상기 측정 온도값별로 보정 게인값이 할당되어 저장되어 있으며, 측정 온도값이 커질수록 보정 게인값이 작아짐을 특징으로 할 수 있다.

상기 측정 온도값은 상온 25℃일 때의 상수 25이며, 보정 게인값(Gain)은 0.1임을 특징으로 할 수 있다.

상기 저항 연동 전압은, 저항 연동 전압을 V_Ra라 하며, R_{n -BAT}는 n번째 배터리 모듈의 내부저항값이며, I_n-ref는 n번째 배터리 모듈의 충전 전류량이라 할 때, "V_Ra = R_{n -BAT} × I_n-ref"에 의해 산출됨을 특징으로 할 수 있다.

상기 모듈별 충전 전류량 제어 과정은, 상기 모듈별 전압차에 비례하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 증가시켜 제어함을 특징으로 할 수 있다.

상기 모듈별 충전 전류량 제어 과정은, 상기 모듈별 전압차가 '-1'보다 같거나 작은 경우, 기존의 충전 전류량보다 작은 VL레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어하며, 상기 모듈별 전압차가 '-1'보다 크지만 '0'보다 작은 경우, 상기 VL레벨보다 더 큰 제L레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어하며, 상기 모듈별 전압차가 '0'인 경우, 기존의 충전 전류량으로 충전되도록 제어하며, 상기 모듈별 전압차가 '0'보다 크며 '1'보다 작은 경우, 기존의 충전 전류량보다 더 큰 H레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어하며, 상기 모듈별 전압차가 '1'보다 큰 경우, 상기 H레벨보다 더 큰 VH레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어함을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 형태는, 전기자동차에 마련된 복수개 배터리 모듈의 온도, 전압을 각각 센싱하여 제어 유닛에 제공하는 BMS 유닛; 및 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어하는 제어 유닛;을 포함할 수 있다.

상기 제어 유닛은, 전기자동차의 각 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상 될 때까지 각 배터리 모듈을 충전시키는 제어를 수행하여 전기자동차의 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상되는 경우, 각 배터리 모듈에서 실제로 출력되는 전압인 모듈별 실제 전압을 각 배터리 모듈별로 산출하고, 전기자동차의 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 전압인 센싱 전압에서 배터리 모듈의 실제 전압을 차감한 값인 모듈별 전압차를 각 배터리 모듈별로 산출한 후, 상기 모듈별 전압차에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 제어할 수 있다.

전기자동차의 메인 배터리인 복수개의 HV배터리 모듈; 차량 내 전기유닛에 전력을 공급하는 배터리인 LV배터리 모듈; 및 상기 HV배터리 모듈로부터 DC 출력 제1전압을 DC 출력 제2전압으로 변환하여 LV배터리 모듈에 제공하는 DC-DC 컨버터;를 포함하며, 상기 제어 유닛은, 각 HV배터리 모듈의 온도를 고려하여 각 HV배터리 모듈에 대하여 개별적으로 충전 전류량을 제어함을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 배터리의 이용률을 증대시키고 효율적으로 관리함으로써 배터리 수명을 늘릴 수 있다. 또한 배터리 용량을 최대로 사용하는 것이 가능하여 고가의 배터리 용량을 최소화 할 수 있고, 부피와 무게, 비용이 감소하는 장점을 갖는다. 또한 본 발명의 충전방법으로 전기자동차에 적용하면 연비를 증가할 수 있고, 배터리의 수명이 연장되어 소모품인 배터리의 교체시기를 늦출 수 있어 유지비용을 절감할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 UPS 등 건물 내부에서도 발명된 배터리 충전방법을 적용하여 유지 보수비용 등을 절감할 수 있다.

도 1은 전기자동차의 배터리 팩의 구조 예시 그림.
도 2는 전기자동차의 배터리팩의 온도 분포도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템을 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 제어 시스템에서의 DC-DC 컨버터의 회로도를 도시한 그림.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법을 도시한 플로차트.

이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템을 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 제어 시스템에서의 DC-DC 컨버터의 회로도를 도시한 그림이다.

본 발명은 전기자동차의 배터리를 모듈 단위로 관리하여 각기 필요한 출력 전류량을 제어하여 방전함으로써 기존보다 높은 기대 수명을 보장하기 위해, 문제가 되는 변수를 센싱 및 실시간 산출을 통한 출력 전류의 지령값을 변경하여 순시적으로 적용하는 제어 방법을 제시한다. 따라서 모듈별 실제 전압을 통해 각기 다른 출력 전류지령으로 전체적인 배터리 팩의 에너지 균형과 이용률 저감 문제, 효율 감소 문제, 수명 저하 문제 등을 해소할 수 있다.

본 발명의 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템은, 복수개의 HV배터리 모듈(300), DC-DC 컨버터(400), LV배터리 모듈(500), BMS 유닛(200), 제어 유닛(100)을 포함할 수 있다.

HV배터리 모듈(300;HVBAT;High Voltage Battery)은, 전기자동차의 대용량 배터리로서 메인 배터리이다. 이러한 HV배터리 모듈(300)은 복수개 마련된다.

LV배터리 모듈(500;LVBAT;Low Voltage Battery)은, 차량 내 전기유닛에 전력을 공급하는 배터리이다.

DC-DC 컨버터(400)는, HV배터리 모듈(300)로부터 DC 출력 제1전압을 DC 출력 제2전압으로 변환하여 LV배터리 모듈(500)에 제공하는 컨버팅 모듈이다. 이러한 DC-DC 컨버터(400)는, 도 4에 도시한 바와 같이 Active Clamp Forward Converter로 구현될 수 있다. 따라서 입력 측인 HV배터리 모듈(300)의 전력을 LV배터리 모듈(500)에 요구되는 전력으로 변환하는 역할을 수행한다. 이 과정에서 출력 전류량을 제어하며 DSP 프로세서의 알고리즘에 의해 LDC의 전력용 반도체 스위치를 제어하여 출력을 제어한다.

BMS 유닛(200)은, 배터리관리시스템(Battery Management System)으로서, 전기자동차에 마련된 복수개 배터리 모듈의 온도, 전압을 각각 센싱하여 제어 유닛(100)에 제공한다.

제어 유닛(100)은, 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어한다. DC-DC 컨버터(400)에서 입력 측인 HV배터리 모듈(300)의 전력을 LV배터리 모듈(500)에 요구되는 전력으로 변환할 때, 출력 전류량을 제어하며 본 발명의 충전 알고리즘에 의해 전력용 반도체 스위치를 제어하여 출력을 제어할 수 있게 된다.

상술하면, 제어 유닛(100)은, 전기자동차의 각 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상 될 때까지 각 배터리 모듈을 충전시키는 제어를 수행하여 전기자동차의 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상되는 경우, 각 배터리 모듈에서 실제로 출력되는 전압인 모듈별 실제 전압을 각 배터리 모듈별로 산출하고, 전기자동차의 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 전압인 센싱 전압에서 배터리 모듈의 실제 전압을 차감한 값인 모듈별 전압차를 각 배터리 모듈별로 산출한 후, 모듈별 전압차에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 제어한다.

본 발명에서 제어 유닛(100)은, 배터리 모듈의 모듈별 전압차에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 제어함에 있어서, HV배터리 모듈(300)을 대상으로 한다. 즉, 제어 유닛(100)은, 각 HV배터리 모듈(300)의 온도를 고려하여 각 HV배터리 모듈(300)에 대하여 개별적으로 충전 전류량을 제어한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법을 도시한 플로차트이다.

이하에서, 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어라 함은, 복수개로 마련된 각각의 HV배터리 모듈(300)의 온도를 고려하여 각 HV배터리 모듈(300)에 대하여 개별적으로 충전 전류량을 제어하는 것을 말한다. 따라서 이하에서 배터리 모듈이라 함은 HV배터리 모듈(300)에 해당된다 할 것이다.

본 발명의 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법은, 전기자동차에 마련된 복수개의 배터리 모듈의 온도를 각각 센싱한 후, 센싱되는 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어한다.

상술하면, 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법은, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 제어 유닛(100)이, 정보 수집 과정(S510), 기준치 충전 과정(S520), 모듈별 실제 전압 산출 과정(S530), 모듈별 전압차 산출 과정(S540), 및 모듈별 충전 전류량 제어 과정(S550)을 수행할 수 있다.

정보 수집 과정(S510)은, BMS 유닛(200)으로부터 배터리 모듈의 충전상태(SOC;State of Charge), 배터리 모듈에서 감지되는 센싱 전압을 수집하는 과정이다. 즉, LV배터리 모듈(500)과, 복수개의 HV배터리 모듈(300)의 각각의 충전상태, 센싱 전압을 각각 수집하는 것이다.

기준치 충전 과정(S520)은, 전기자동차의 각 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상 될 때까지 각 배터리 모듈을 충전시키는 제어를 수행하는 과정이다. 이러한 기준치는, 배터리 모듈의 충전량이 만충(완전충전) 대비하여 80%일 수 있다.

상술하면, 전기자동차의 메인 배터리인 복수개의 HV배터리 모듈(300)과, 차량 내 전기유닛에 전력을 공급하는 배터리인 LV배터리 모듈(500)로 구현될 경우, 먼저 HV배터리 모듈(300)의 SOC(State of Charge)가 80% 이상이 될 때까지(S521) 빠른 충전을 위해 CC-CV (Constant Current - Constant Voltage) 제어를 수행한다(S522). 이후 80% 이상이 되면 LV배터리 모듈(500)로 전력을 전달하는 시퀀스로 들어가며 LV배터리 모듈(500)의 SOC가 80% 이상이 될 때까지 CC-CV 충전을 수행한다(S523,S524,S525).

모듈별 실제 전압 산출 과정(S530)은, 전기자동차의 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상되는 경우, 즉, LVBAT의 SOC가 80% 이상이 되면, 각 배터리 모듈에서 실제로 출력되는 전압인 모듈별 실제 전압(V_{n_real})을 각 배터리 모듈별로 산출한다.

이를 위해 모듈별 실제 전압 산출 과정(S530)은, 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 센싱 전압을 측정하는 과정과, 배터리 모듈의 온도에 의해 영향받는 파라미터 전압인 온도 연동 전압을 측정하는 과정과, 배터리 모듈의 내부저항에 의해 영향받는 파라미터 전압인 저항 연동 전압을 측정하는 과정과, 센싱 전압에서 온도 연동 전압과 저항 연동 전압을 차감하여 모듈별 실제 전압을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.

여기서 온도 연동 전압은, 온도 연동 전압을 V_Ta라 하며, T_{n -BAT}는 n번째 배터리 모듈의 온도이며, T_s는 센싱 전압을 측정할 때의 측정 온도값이며, T_s는 보정 게인값이라 할 때, "V_Ta = (T_n-BAT - T_s)×G"에 의해 산출될 수 있다. 바람직하게는 측정 온도값은 상온 25℃일 때의 상수 25이며, 보정 게인값(G)은 0.1일 수 있다. 따라서 측정 온도값이 상수 25이며, 보정 게인값이 0.1일 경우, 온도 연동 전압 V_Ta = (T_{n -BAT} - 25)×0.1"에 의해 산출되게 된다.

나아가 측정 온도값별로 보정 게인값이 할당되어 저장되어 있으며, 측정 온도값이 커질수록 보정 게인값이 작아지도록 구현할 수 있다. 배터리 모듈의 온도가 높아질수록 온도에 영향을 받아 배터리 모듈의 출력값이 커지기 때문에 보정 게인값이 작아지도록 구현하는 것이다.

또한 저항 연동 전압은, 저항 연동 전압을 V_Ra라 하며, R_{n -BAT}는 n번째 배터리 모듈의 내부저항값이며, I_n-ref는 n번째 배터리 모듈의 충전 전류량이라 할 때, "V_Ra = R_{n -BAT} × I_n-ref"에 의해 산출될 수 있다.

V_n은 n번째 모듈의 센싱받은 전압값이며, V_Ta는 온도 연동 전압이라 하며, V_Ra는 저항 연동 전압이라 할 때, 모듈별 실제 전압(V_{n _real}) = V_n - (V_Ta + V_Ra)에 의해 산출될 수 있게 된다.

센싱 받는 전압 정보 값 V_n 에는 온도에 의한 가상 전압과 배터리 내부 저항에 의한 가상 전압이 더해져있는 전압 정보 값이기 때문에 V_Ta값과 V_Ra값을 빼줌으로 써 실제의 모듈별 실제 전압(V_{n_real})을 산출할 수 있게 되는 것이다.

모듈별 전압차 산출 과정(S540)은, 전기자동차의 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 전압인 센싱 전압(V_n)에서 배터리 모듈의 실제 전압(V_{n _real})을 차감한 값인 모듈별 전압차(V_{n_diff})를 각 배터리 모듈별로 산출하는 과정이다. 따라서 모듈별 전압차를 V_{n _ diff}라 할 때, 모듈별 전압차(V_{n _ diff}) = V_n - V_{n _real}에 의해 산출될 수 있다.

모듈별 충전 전류량 제어 과정(S550)은, 모듈별 전압차(V_{n_diff})에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 개별적으로 제어하는 과정이다.

모듈별 충전 전류량을 제어함에 있어서, 모듈별 전압차에 비례하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 증가시켜 제어하도록 구현한다.

예를 들어, 모듈별 전압차가 '-1'보다 같거나 작은 경우(S551a), 기존의 충전 전류량보다 작은 VL레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어한다(S551).

또한 모듈별 전압차가 '-1'보다 크지만 '0'보다 작은 경우(S552a), 상기 VL레벨보다 더 큰 제L레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어한다(S552).

또한 모듈별 전압차가 '0'인 경우(S553a), 기존의 충전 전류량으로 충전되도록 제어한다(S553).

또한 모듈별 전압차가 '0'보다 크며 '1'보다 작은 경우(S554a), 기존의 충전 전류량보다 더 큰 H레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어한다(S554).

또한 모듈별 전압차가 '1'보다 큰 경우, 상기 H레벨보다 더 큰 VH레벨의 충전 전류량으로 충전되도록 제어한다(S555).

이와 같이 모듈별 전압차(V_{n_diff})에 따라 VL, L, I, H, VH 로 구분되어 출력 전류의 지령치(충전 전류량)을 다르게 하여 제어(S556)할 수 있게 된다.

이와 같이 모듈별 전압차(V_{n_diff})에 따라 VL, L, I, H, VH 로 구분되어 출력 전류의 지령치를 다르게 하여 제어(S556)하도록 함으로써, 배터리 모듈의 각기 다른 온도를 적용하고 실시간 센싱받는 전압 정보의 오차로 작용하는 변수를 상시 산출하고 적용하여 모듈별 출력 전류 지령값을 변동시켜 줌으로써 모듈 간 실시간 밸런싱을 유지시켜 줄 수 있다. 따라서 배터리의 이용률을 증대시키고 효율적으로 관리함으로써 배터리 수명을 늘릴 수 있다. 또한 배터리 용량을 최대로 사용하는 것이 가능하여 고가의 배터리 용량을 최소화 할 수 있고, 부피와 무게, 비용이 감소하는 장점을 갖는다. 발명된 충전방법으로 전기자동차에 적용하면 연비를 증가할 수 있고, 배터리의 수명이 연장되어 소모품인 배터리의 교체시기를 늦출 수 있어 유지비용을 절감할 수 있다. 또한 UPS 등 건물 내부에서도 발명된 배터리 충전방법을 적용하여 유지 보수비용 등을 절감할 수 있게 된다.

참고로, 이러한 충전량 제어는, LV배터리 모듈(500;LVBAT)이 95% 이상 충전이 완료되는지 판단하여(S561), 95% 이상 충전이 완료된 경우 충전을 종료(S562)하는 종료 과정(S560)을 가질 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.

100:제어 유닛
200:BMS 유닛
300:HV배터리 모듈
400:DC-DC 컨버터
500:LV배터리 모듈

Claims (8)

1. 전기자동차에 마련된 복수개의 배터리 모듈의 온도를 각각 센싱한 후, 센싱되는 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어하며,
   상기 센싱되는 각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어하는 것은,
   BMS 유닛으로부터 배터리 모듈의 충전상태, 배터리 모듈에서 감지되는 센싱 전압을 수집하는 정보 수집 과정;
   전기자동차의 각 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상 될 때까지 각 배터리 모듈을 충전시키는 제어를 수행하는 기준치 충전 과정;
   전기자동차의 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상되는 경우, 각 배터리 모듈에서 실제로 출력되는 전압인 모듈별 실제 전압을 각 배터리 모듈별로 산출하는 모듈별 실제 전압 산출 과정;
   전기자동차의 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 전압인 센싱 전압에서 배터리 모듈의 실제 전압을 차감한 값인 모듈별 전압차를 각 배터리 모듈별로 산출하는 모듈별 전압차 산출 과정; 및
   상기 모듈별 전압차에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 개별적으로 제어하는 모듈별 충전 전류량 제어 과정;을 포함하며,
   상기 모듈별 실제 전압 산출 과정은,
   배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 센싱 전압을 측정하는 과정; 배터리 모듈의 온도에 의해 영향받는 파라미터 전압인 온도 연동 전압을 측정하는 과정; 배터리 모듈의 내부저항에 의해 영향받는 파라미터 전압인 저항 연동 전압을 측정하는 과정; 및 상기 센싱 전압에서 상기 온도 연동 전압과 저항 연동 전압을 차감하여 모듈별 실제 전압을 산출하는 과정;을 포함하고,
   상기 온도 연동 전압은,
   온도 연동 전압을 V_Ta라 하며, T_n-BAT는 n번째 배터리 모듈의 온도이며, T_s는 센싱 전압을 측정할 때의 측정 온도값이며, T_s는 보정 게인값이라 할 때,
   "V_Ta = (T_n-BAT - T_s)×G"에 의해 산출되며, 상기 측정 온도값별로 보정 게인값이 할당되어 저장되어 있으며, 측정 온도값이 커질수록 보정 게인값이 작아짐을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법.
   
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3. 청구항 1에 있어서, 상기 기준치는,
   배터리 모듈의 충전량이 만충 대비하여 80%임을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 저항 연동 전압은,
   저항 연동 전압을 V_Ra라 하며, R_n-BAT는 n번째 배터리 모듈의 내부저항값이며, I_n-ref는 n번째 배터리 모듈의 충전 전류량이라 할 때,
   "V_Ra = R_n-BAT × I_n-ref"에 의해 산출됨을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 모듈별 충전 전류량 제어 과정은,
   상기 모듈별 전압차에 비례하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 증가시켜 제어함을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 방법.
   
7. 전기자동차에 마련된 복수개 배터리 모듈의 온도, 전압을 각각 센싱하여 제어 유닛에 제공하는 BMS 유닛; 및
   전기자동차의 메인 배터리인 복수개의 HV배터리 모듈;
   차량 내 전기유닛에 전력을 공급하는 배터리인 LV배터리 모듈;
   상기 HV배터리 모듈로부터 DC 출력 제1전압을 DC 출력 제2전압으로 변환하여 LV배터리 모듈에 제공하는 DC-DC 컨버터; 및
   각 배터리 모듈의 온도를 고려하여 배터리 모듈의 충전 전류량을 개별적으로 제어하는 제어 유닛;을 포함하며,
   상기 제어 유닛은,
   전기자동차의 각 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상 될 때까지 각 배터리 모듈을 충전시키는 제어를 수행하여 전기자동차의 배터리 모듈의 충전상태가 기준치 이상되는 경우, 각 배터리 모듈에서 실제로 출력되는 전압인 모듈별 실제 전압을 각 배터리 모듈별로 산출하고, 전기자동차의 배터리 모듈의 출력단에서 센싱되는 전압인 센싱 전압에서 배터리 모듈의 실제 전압을 차감한 값인 모듈별 전압차를 각 배터리 모듈별로 산출한 후, 상기 모듈별 전압차에 따라서 각 배터리 모듈의 충전 전류량을 다르게 하여 제어하며,
   상기 제어 유닛은, 각 HV배터리 모듈의 온도를 고려하여 각 HV배터리 모듈에 대하여 개별적으로 충전 전류량을 제어함을 특징으로 하는 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템.
   
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