KR102167423B1 - Cell balancing control apparatus and method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀 밸런싱 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 팩을 구성하는 복수개의 각 셀의 셀 밸런싱을 수행하는 부품들의 주변온도를 측정하고 셀 밸런싱을 제어하여 셀 밸런싱 시 부품들의 발열로 인하여 발생되는 배터리 팩의 손상을 방지하는 셀 밸런싱 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling cell balancing, and more specifically, by measuring the ambient temperature of parts that perform cell balancing of a plurality of cells constituting a battery pack, and controlling cell balancing to heat the parts during cell balancing. It relates to a cell balancing control apparatus and method for preventing damage to a battery pack caused by this.

Description

셀 밸런싱 제어장치 및 방법{CELL BALANCING CONTROL APPARATUS AND METHOD}Cell balancing control device and method {CELL BALANCING CONTROL APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 셀 밸런싱 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 팩을 구성하는 복수개의 각 셀의 셀 밸런싱을 수행하는 부품들의 주변온도를 측정하고 셀 밸런싱을 제어하여 셀 밸런싱 시 부품들의 발열로 인하여 발생되는 배터리 팩의 손상을 방지하는 셀 밸런싱 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling cell balancing, and more specifically, by measuring the ambient temperature of parts that perform cell balancing of a plurality of cells constituting a battery pack, and controlling cell balancing to heat the parts during cell balancing. It relates to a cell balancing control apparatus and method for preventing damage to a battery pack caused by this.

리튬이온전지 등과 같은 배터리는 다양한 전자기기의 전력원으로 이용되고 있다. 일반적으로 배터리(팩)는 단위 셀(cell)이 복수 개로 이루어지는 구성으로서, 복수 개의 셀은 사용에 따른 시간이 경과함에 따라 쿨롱 효율 및 용량에서 기인하는 개별적인 동적 상태의 차이에 의해 충전전압이 서로 달라지는 현상이 발생된다.Batteries such as lithium ion batteries are used as power sources for various electronic devices. In general, a battery (pack) is composed of a plurality of unit cells, and the plurality of cells have different charging voltages due to differences in individual dynamic states resulting from coulomb efficiency and capacity as time elapses according to use. A phenomenon occurs.

이로 인하여 적어도 하나 이상의 셀이 다른 셀들보다 훨씬 낮은 상태의 충전전압을 가지는 경우, 배터리 전체의 방전 능력을 영구적으로 제한되게 하는 문제점을 발생시킬 수 있다.For this reason, when at least one cell has a charging voltage that is much lower than that of other cells, a problem of permanently limiting the discharging capacity of the entire battery may occur.

또한, 적어도 하나 이상의 셀이 다른 셀들보다 훨씬 높은 충전전압을 가지는 경우, 배터리 전체의 충전량이 영구적으로 제한되게 하는 문제점을 발생시킬 수 있다.In addition, when at least one cell has a much higher charging voltage than other cells, a problem of permanently limiting the amount of charge of the entire battery may occur.

만약 하나의 셀이 최저 충전전압의 한계 값을 갖는 상태이고, 다른 어느 하나의 셀이 최고 충전전압의 한계 값을 갖는 상태이면 모든 다른 셀들이 적당한 충전전압을 가지고 있더라도 상기 배터리는 충전뿐만 아니라 방전도 수행되지 못하는 문제점이 발생될 수 있다.If one cell has the limit value of the lowest charging voltage and any other cell has the limit value of the maximum charging voltage, the battery will not only charge but also discharge even if all other cells have an appropriate charging voltage. A problem that cannot be performed may occur.

또한, 배터리 셀의 충/방전을 반복하는 경우에도 셀 전압 간에 불균형이 발생하며, 그로 인하여 배터리의 수명이 단축되고 배터리 셀의 에너지 효율이 떨어지게 된다.In addition, even when the battery cells are repeatedly charged/discharged, an imbalance occurs between cell voltages, thereby shortening the life of the battery and lowering the energy efficiency of the battery cell.

이와 같은 이유로 배터리 팩은 셀 밸런싱이 필요한데, 일반적인 셀 밸런싱은 높은 셀의 전압을 소모시켜 다른 셀들과의 전압 편차를 감소시킨다. 이때, 빠른 셀 밸런싱을 수행하기 위하여 큰 전류를 사용하게 되는데 이로 인하여 저항, 스위치 및 기판에서는 열이 발생하게 되며, 여기서 발생되는 열은 상기 부품에 흐르는 전류에 비례하여 큰 전류 사용 시 많은 열이 발생되고 이러한 발열을 감소시키기 위해서 상기 부품과 기판의 크기를 키우는 방안은 한계가 있다. For this reason, the battery pack needs cell balancing, and general cell balancing consumes a high voltage of a cell and reduces voltage deviation from other cells. At this time, a large current is used to perform fast cell balancing, and as a result, heat is generated in the resistor, switch, and substrate, and the heat generated here is proportional to the current flowing through the component, and a large amount of heat is generated when using a large current In order to reduce such heat generation, there is a limit to increasing the size of the component and the substrate.

또한, 발열을 감소시키기 위하여 작은 전류로 셀 밸런싱을 수행하는 경우에는 셀 밸런싱을 통해 셀 간 전압편차가 감소하는 것보다 셀의 퇴화로 인하여 늘어나는 셀 간 전압편차가 크므로 셀 밸런싱을 수행하는 다른 방안이 필요로 하다.In addition, when cell balancing is performed with a small current to reduce heat generation, the voltage difference between cells that increases due to cell deterioration is larger than that of decreasing the voltage difference between cells through cell balancing, so another method of performing cell balancing I need this.

KRKR 2016-00803812016-0080381 AA

본 발명은 한정된 크기의 부품과 큰 전류를 이용하여 빠르고 안전하게 셀 밸런싱을 수행할 수 있도록 하는 셀 밸런싱 제어 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for controlling cell balancing that enables fast and safe cell balancing using components of a limited size and a large current.

본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어장치는 배터리 팩에 구성되는 복수개의 셀의 밸런싱을 제어하는 셀 밸런싱 제어장치에 있어서, 상기 복수개의 셀의 전압을 모니터링하고 각 셀에 셀 밸런싱이 필요한지 판단하여 해당 셀에 셀 밸런싱이 수행되도록 제어하는 제어부, 하나의 셀의 양(+)전극에 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 해당 셀로부터 공급되는 전류를 온/오프하는 스위치, 일단이 상기 스위치와 연결되고 타단은 셀의 음(-)전극과 연결되어 온도를 감지하는 온도센서 및 상기 온도센서와 하나의 셀의 음(-)전극 사이에 연결되어 상기 스위치로부터 공급되는 전류를 감소시키는 저항을 포함하여 구성되고, 상기 제어부는 셀 밸런싱 수행 시 해당 셀에 구성되어 있는 상기 스위치를 온 시켜 해당 셀의 전류가 상기 저항에 흘러 감소되도록 하고, 셀 밸런싱 수행 중 상기 온도센서에서 제1 소정온도를 초과하는 값을 감지하는 경우, 상기 스위치를 오프 시켜 셀 밸런싱을 중지하고, 상기 온도센서가 제2 소정온도의 미만인 값을 감지하는 경우, 상기 스위치를 온 시켜 셀 밸런싱을 재개한다.A cell balancing control apparatus according to an embodiment of the present invention is a cell balancing control apparatus for controlling the balancing of a plurality of cells included in a battery pack, by monitoring voltages of the plurality of cells and determining whether cell balancing is required for each cell. A control unit that controls cell balancing to be performed in a corresponding cell, a switch connected to the positive (+) electrode of one cell to turn on/off the current supplied from the cell under the control of the control unit, and one end is connected to the switch The other end includes a temperature sensor connected to the negative (-) electrode of the cell to sense temperature, and a resistor connected between the temperature sensor and the negative (-) electrode of one cell to reduce the current supplied from the switch. When performing cell balancing, the control unit turns on the switch configured in the corresponding cell so that the current of the corresponding cell flows through the resistor, and the temperature sensor exceeds the first predetermined temperature during cell balancing. In the case of sensing, the switch is turned off to stop cell balancing, and when the temperature sensor detects a value less than the second predetermined temperature, the switch is turned on to resume cell balancing.

상기 온도센서는 상기 스위치와 저항의 온도를 감지한다.The temperature sensor detects the temperature of the switch and the resistor.

상기 제1 소정온도 및 제2 소정온도는 제어부 내부 또는 외부에 추가로 구성되어 있는 메모리에 기 저장되어 있는 값으로, 상기 셀 용량 및 저항에 따라 결정된다.The first predetermined temperature and the second predetermined temperature are values previously stored in a memory additionally configured inside or outside the controller, and are determined according to the cell capacity and resistance.

본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어방법은 복수개의 셀의 밸런싱을 온도에 따라 제어하는 방법에 있어서, 상기 복수개의 셀에 셀 밸런싱이 필요한지 진단하는 셀 밸런싱 진단단계, 상기 셀 밸런싱 진단단계로부터 셀 밸런싱이 필요한 것으로 진단된 경우, 밸런싱이 필요한 셀의 전류가 감소되도록 해당 셀의 각 스위치를 온 시켜 해당 셀의 전류를 저항에 공급하는 셀 밸런싱 수행단계, 상기 셀 밸런싱 수행단계에서 상기 스위치와 저항의 온도가 제1 소정온도를 초과하는 경우, 셀 밸런싱이 일시 중지되도록 상기 스위치를 오프 시키는 셀 밸런싱 중지단계 및 셀 밸런싱 중지 후 상기 셀 용량 및 저항의 온도가 제2 소정온도 미만인 경우, 셀 밸런싱이 재개되도록 상기 스위치를 온 시키는 셀 밸런싱 재개단계를 포함한다.A cell balancing control method according to an embodiment of the present invention is a method of controlling the balancing of a plurality of cells according to temperature, a cell balancing diagnosis step of diagnosing whether cell balancing is necessary for the plurality of cells, and a cell from the cell balancing diagnosis step. When it is diagnosed that balancing is necessary, a cell balancing step of supplying the current of the cell to a resistor by turning on each switch of the cell so that the current of the cell requiring balancing is reduced, and the switch and the resistor are combined in the cell balancing step. When the temperature exceeds the first predetermined temperature, the cell balancing stop step of turning off the switch to temporarily suspend cell balancing, and when the temperature of the cell capacity and resistance is less than the second predetermined temperature after stopping cell balancing, cell balancing resumes. It includes a cell balancing restart step of turning on the switch as possible.

상기 셀 밸런싱 진단단계는 상기 복수개의 셀의 각 전압을 주기적으로 측정하는 셀 전압 측정단계, 상기 셀 전압 측정단계에서 측정된 복수개의 셀 전압을 이용하여 셀 간의 전압편차를 연산하는 전압편차 연산단계 및 상기 전압편차 연산단계에서 연산된 셀 간의 전압편차와 기 설정된 소정 범위의 전압편차를 비교하는 전압편차 비교단계를 포함한다.The cell balancing diagnosis step includes a cell voltage measurement step of periodically measuring each voltage of the plurality of cells, a voltage deviation calculation step of calculating a voltage deviation between cells using the plurality of cell voltages measured in the cell voltage measurement step, and And a voltage deviation comparison step of comparing a voltage deviation between cells calculated in the voltage deviation calculation step and a voltage deviation in a predetermined range.

상기 전압편차 비교단계에서 셀 간의 전압편차가 기 설정된 소정 범위의 전압편차보다 큰 경우, 상기 셀 밸런싱 수행단계를 수행한다.When the voltage deviation between cells in the voltage deviation comparison step is greater than a voltage deviation in a predetermined range, the cell balancing step is performed.

상기 제1 소정온도 및 제2 소정온도는 기저장되어 있는 값으로, 상기 셀 용량 및 저항에 따라 결정된다.The first predetermined temperature and the second predetermined temperature are pre-stored values and are determined according to the cell capacity and resistance.

본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어 장치 및 방법은 기존의 셀 밸런싱 장치 사이에 온도센서를 연결하여 셀 밸런싱 장치의 온도에 따라 셀 밸런싱을 수행하므로 부품크기에 제약 없이 빠른 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.The cell balancing control apparatus and method according to an embodiment of the present invention performs cell balancing according to the temperature of the cell balancing apparatus by connecting a temperature sensor between the existing cell balancing apparatuses, so it is possible to perform fast cell balancing without limitation to the size of parts. have.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어방법 중 셀 밸런싱 진단단계의 순서도.1 is a block diagram of a cell balancing control apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a cell balancing control method according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart of a cell balancing diagnosis step in a cell balancing control method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Only the embodiments are provided to complete the disclosure of the present invention, and to fully inform the scope of the invention to those of ordinary skill in the art.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In addition, terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of identifying one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used while considering functions in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어장치1. Cell balancing control apparatus according to an embodiment of the present invention

본 발명의 셀 밸런싱 제어장치는 셀 밸런싱 수행 시 해당 셀의 전류를 공급하는 스위치와 스위치로부터 공급되는 전류를 감소시키는 저항 사이에 스위치와 저항의 온도를 측정하는 온도센서를 장착하여 온도에 따른 셀 밸런싱 제어를 가능하게 한다.The cell balancing control device of the present invention is equipped with a temperature sensor that measures the temperature of the switch and the resistance between the switch that supplies the current of the cell and the resistor that reduces the current supplied from the switch when performing cell balancing to balance the cell according to the temperature. Enable control.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어장치의 블록도이다.1 is a block diagram of an apparatus for controlling cell balancing according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어장치(100)는 배터리 팩에 구성되는 복수개의 셀의 밸런싱을 제어하며, 셀 밸런싱이 수행되도록 제어하는 제어부(110), 제어부(110)의 제어에 따라 해당 셀로부터 공급되는 전류를 온/오프하는 스위치(120), 상기 스위치(120)의 온도를 감지하는 온도센서(130) 및 상기 스위치(120)로부터 공급되는 전류를 감소시키는 저항(140)을 포함하여 구성한다.Referring to FIG. 1, a cell balancing control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention controls the balancing of a plurality of cells included in the battery pack, and controls the cell balancing to be performed. ), a switch 120 that turns on/off the current supplied from the cell, a temperature sensor 130 that senses the temperature of the switch 120, and a resistor that reduces the current supplied from the switch 120 It consists of 140, including.

상기 제어부(110)는 복수개의 셀의 전압을 모니터링하고 모니터링한 셀들의 전압편차를 연산한다. 또한, 상기 모니터링한 셀 중 연산된 전압편차가 소정의 기준편차보다 큰 경우, 셀 밸런싱이 필요하다고 판단하여 셀 밸런싱 수행 명령을 해당 셀의 스위치(120)에 전송한다. 여기서 소정의 기준편차는 배터리 팩에 구성된 셀의 특성 및 용량을 반영하여 설정한다.The controller 110 monitors voltages of a plurality of cells and calculates voltage deviations of the monitored cells. In addition, when the calculated voltage deviation among the monitored cells is greater than a predetermined reference deviation, it is determined that cell balancing is necessary and a command to perform cell balancing is transmitted to the switch 120 of the cell. Here, the predetermined reference deviation is set by reflecting the characteristics and capacity of cells configured in the battery pack.

또한, 상기 제어부(110)는 셀 밸런싱 수행명령을 받은 상기 스위치(120)를 온 시켜 해당 셀의 전류가 상기 저항(140)에 흘러 감소되도록 하고, 셀 밸런싱 수행 중 상기 온도센서(130)에서 제1 소정온도를 초과하는 값을 감지하는 경우, 상기 스위치(120)를 오프 시켜 셀 밸런싱을 중지한다.In addition, the control unit 110 turns on the switch 120, which has received a command to perform cell balancing, so that the current of the corresponding cell flows through the resistor 140 to be reduced, and is controlled by the temperature sensor 130 during cell balancing. 1 When a value exceeding a predetermined temperature is detected, the switch 120 is turned off to stop cell balancing.

일정시간이 흐른 후 상기 온도센서가 제2 소정온도의 미만인 값을 감지하는 경우, 상기 스위치를 온 제어하여 셀 밸런싱을 재개한다. When the temperature sensor detects a value less than the second predetermined temperature after a predetermined period of time has elapsed, the switch is turned on and the cell balancing is resumed.

여기서 상기 제1 소정온도는 상기 셀 용량 및 저항(140) 등의 특성에 따라 결정되고, 일 실시 예로써 90℃로 설정하여 큰 전류가 흘러 발생하는 열에 의한 피해를 방지할 수 있다. Here, the first predetermined temperature is determined according to characteristics such as the cell capacity and resistance 140, and as an embodiment, it is set to 90°C to prevent damage due to heat generated by flowing a large current.

또한, 상기 제2 소정온도는 상기 셀 용량 및 저항(140) 등의 특성에 따라 결정되고, 일 실시 예로써 40℃로 설정하여 셀 밸런싱이 효율적으로 수행될 수 있도록 한다.In addition, the second predetermined temperature is determined according to characteristics such as the cell capacity and the resistance 140, and is set to 40° C. as an embodiment so that cell balancing can be efficiently performed.

예를 들어, 셀 밸런싱 수행 시 상기 온도센서(130)가 스위치(120) 및 저항(140) 간의 온도를 91℃로 감지한 경우, 제어부(110)는 상기 스위치(120)을 오프 제어하여 해당 셀의 전류가 상기 저항(140)에 흐르는 것을 저지한다. 그 후 셀 밸런싱은 대기하고 온도센서(130)가 주기적으로 온도를 감지하여 스위치(120) 및 저항(140) 간의 감지된 온도가 38℃인 경우, 제어부(110)는 상기 스위치(120)를 온 제어하여 해당 셀의 전류가 상기 저항(140)에 다시 흐를 수 있도록 한다.For example, when the temperature sensor 130 detects the temperature between the switch 120 and the resistor 140 at 91°C when performing cell balancing, the control unit 110 controls the switch 120 to turn off the corresponding cell. It prevents the current from flowing through the resistor 140. After that, when the cell balancing waits and the temperature sensor 130 periodically senses the temperature and the sensed temperature between the switch 120 and the resistor 140 is 38°C, the controller 110 turns on the switch 120. Control so that the current of the cell flows back through the resistor 140.

또한, 상기 제1 소정온도 및 제2 소정온도는 제어부(110) 내부 또는 외부에 구성되어 있는 메모리(미도시)에 기 저장되어 있다.In addition, the first predetermined temperature and the second predetermined temperature are previously stored in a memory (not shown) configured inside or outside the controller 110.

아래에서 상기 셀 밸런싱 제어장치(100)의 구조를 상세하게 설명하도록 한다.The structure of the cell balancing control apparatus 100 will be described in detail below.

도 1에서 도시된 바와 같이 상기 제어부(100)는 셀 밸런싱 수행 명령을 전송하기 위하여 각 셀의 스위치(120)와 연결되어 있고, 셀 밸런싱 수행 시 상기 스위치(120) 및 저항(140)에서 발산되는 열로 인하여 상승하는 주변 온도를 측정하여 제어부(100)로 전송하는 상기 온도센서(130)와도 연결되어 있다. 이러한 스위치(120) 및 온도센서(130)는 각 셀에 하나씩 연결되어 있으며 하나의 제어부(110)에 복수개의 셀 개수에 따른 복수개의 스위치(120) 및 온도센서(130)의 연결이 형성되어 있다. 1, the control unit 100 is connected to the switch 120 of each cell in order to transmit a command to perform cell balancing, and is emitted from the switch 120 and the resistor 140 when performing cell balancing. It is also connected to the temperature sensor 130 that measures the ambient temperature rising due to heat and transmits it to the control unit 100. These switches 120 and temperature sensors 130 are connected to each cell one by one, and a plurality of switches 120 and temperature sensors 130 according to the number of cells are connected to one control unit 110. .

또한, 상기 스위치(120)는 하나의 셀의 양(+)전극에 연결되어 상기 제어부(110)로부터 셀 밸런싱 수행명령을 받으면 온 제어되고, 해당 셀의 전류가 셀 밸런싱 수행 회로에 흐를 수 있도록 한다. 여기서 셀 밸런싱 수행회로는 상기 스위치(120), 온도센서(130), 저항(140) 및 셀을 포함하여 하나의 셀에 구성되어 셀 밸런싱이 필요한 셀의 셀 밸런싱을 수행하는 회로를 의미한다.In addition, the switch 120 is connected to the positive (+) electrode of one cell and is turned on when a command to perform cell balancing is received from the control unit 110, and the current of the corresponding cell flows to the cell balancing circuit. . Here, the cell balancing circuit refers to a circuit configured in one cell including the switch 120, the temperature sensor 130, the resistor 140, and the cell to perform cell balancing of a cell that needs cell balancing.

또한, 상기 온도센서(130)는 상기 스위치(120)와 저항(140) 사이에 구성되어 셀 밸런싱 수행 시 큰 전류가 흘러 스위치(120)와 저항(140)에서 발생되는 열을 감지할 수 있도록 한다. 이렇게 감지된 온도는 제어부(110)에 전송되어 셀 밸런싱 수행 시 과열된 경우, 셀 밸런싱을 중지시켜 배터리 팩의 손상을 방지한다.In addition, the temperature sensor 130 is configured between the switch 120 and the resistor 140 so that a large current flows during cell balancing to detect heat generated by the switch 120 and the resistor 140. . When the sensed temperature is transmitted to the controller 110 and overheats when performing cell balancing, cell balancing is stopped to prevent damage to the battery pack.

또한, 상기 저항(140)은 상기 온도센서(130)와 하나의 셀의 음(-)전극 사이에 연결되어 상기 스위치(120)로 인하여 들어오는 해당 셀의 전류를 감소시켜 해당 셀의 전압을 낮춘다.In addition, the resistor 140 is connected between the temperature sensor 130 and the negative (-) electrode of one cell to reduce the current of the cell that is introduced by the switch 120 to lower the voltage of the cell.

따라서 하나의 셀의 양(+)전극에 스위치(120), 온도센서(130), 저항(140)이 차례대로 연결되며, 일측은 온도센서(130)에 연결된 저항(140)의 타측은 음(-)전극에 연결됨에 따라 하나의 셀 밸런싱 수행회로를 형성한다.Therefore, the switch 120, the temperature sensor 130, and the resistor 140 are sequentially connected to the positive (+) electrode of one cell, and the other side of the resistor 140 connected to the temperature sensor 130 is negative ( -) As it is connected to the electrode, it forms one cell balancing circuit.

한편, 밸런싱 제어장치(100)의 구동방법을 아래에서 상세하게 설명한다.Meanwhile, a method of driving the balancing control device 100 will be described in detail below.

상기 밸런싱 제어장치(100)는 제어부(100)를 통해 복수개의 셀의 전압을 측정하고 전압편차를 연산하여 셀 밸런싱이 필요한지 진단한다. The balancing control apparatus 100 diagnoses whether cell balancing is necessary by measuring voltages of a plurality of cells through the control unit 100 and calculating voltage deviations.

상기 제어부(100)에서 셀 밸런싱이 필요하다고 진단된 경우, 제어부(100)는 상기 스위치(120)에 온 제어 신호를 전송하여 상기 저항(140)에 전류가 공급될 수 있도록 한다.When the control unit 100 determines that cell balancing is necessary, the control unit 100 transmits an ON control signal to the switch 120 so that current can be supplied to the resistor 140.

상기 저항(140)을 통해 셀 밸런싱 수행 중 상기 온도센서(130)에서 감지된 온도가 제1 소정온도가 초과되는 것을 감지하는 경우, 상기 스위치(120)를 오프 하여 셀 밸런싱이 일시적으로 중지되도록 한다. 여기서 감지된 온도가 제1 소정온도를 초과되는지 판단하는 것과 스위치(120)를 오프 제어하는 것은 상기 제어부(100)에서 수행한다.When it is detected that the temperature sensed by the temperature sensor 130 exceeds the first predetermined temperature while performing cell balancing through the resistor 140, the switch 120 is turned off to temporarily stop the cell balancing. . The control unit 100 determines whether the sensed temperature exceeds the first predetermined temperature and controls the switch 120 to be turned off.

또한, 밸런싱 중지 후 상기 온도센서(130)에서 감지된 온도가 제2 소정온도보다 미만인 경우, 제어부(100)는 상기 스위치(120)를 온 제어하여 셀 밸런싱을 다시 수행한다.In addition, when the temperature sensed by the temperature sensor 130 is less than the second predetermined temperature after stopping the balancing, the controller 100 controls the switch 120 to turn on and performs cell balancing again.

2. 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어방법2. Cell balancing control method according to an embodiment of the present invention

본 발명의 셀 밸런싱 제어방법은 셀 밸런싱 수행 시 셀 밸런싱을 수행하는 소자들의 온도가 소정범위를 초과하는 경우, 셀 밸런싱을 일시적으로 중지시켜 발열로부터 배터리 팩의 손상을 방지하는 방법이다.The cell balancing control method of the present invention is a method of preventing damage to a battery pack from heat generation by temporarily stopping cell balancing when the temperature of elements performing cell balancing exceeds a predetermined range when performing cell balancing.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a method for controlling cell balancing according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어방법은 일단 복수개의 셀에 셀 밸런싱이 필요한지 진단한다(셀 밸런싱 진단단계: S210).Referring to FIG. 2, in the cell balancing control method according to an exemplary embodiment of the present invention, it is first diagnosed whether cell balancing is necessary for a plurality of cells (cell balancing diagnosis step: S210).

상기 셀 밸런싱 진단단계(S210)에서 셀 밸런싱이 필요하다고 진단된 경우, 셀 밸런싱이 필요한 셀들의 전류가 감소되도록 스위치(120)를 온 시켜 저항(140)에 전류를 공급한다(셀 밸런싱 수행단계: S220).When it is diagnosed that cell balancing is necessary in the cell balancing diagnosis step (S210), the switch 120 is turned on so that the current of cells requiring cell balancing is reduced to supply current to the resistor 140 (cell balancing step: S220).

그러나 상기 셀 밸런싱 수행단계에서 상기 스위치(120)와 저항(140)의 온도가 제1 소정온도를 초과하는 경우, 셀 밸런싱이 일시적으로 중지되도록 상기 스위치를 오프 시킨다(셀 밸런싱 중지단계: S230). However, when the temperature of the switch 120 and the resistor 140 exceeds the first predetermined temperature in the cell balancing step, the switch is turned off so that cell balancing is temporarily stopped (cell balancing stop step: S230).

또한, 셀 밸런싱 중지 후 상기 스위치(120) 및 저항(140)의 온도가 제2 소정온도 미만인 경우, 셀 밸런싱이 재개되도록 상기 스위치를 온 시킨다(셀 밸런싱 재개단계: S240). In addition, when the temperature of the switch 120 and the resistor 140 is less than the second predetermined temperature after stopping the cell balancing, the switch is turned on so that cell balancing resumes (cell balancing resume step: S240).

여기서 상기 제1 소정온도는 상기 셀 용량 및 저항(140) 등의 특성에 따라 결정되고, 일 실시 예로써 90℃로 설정하여 큰 전류가 흘러 발생하는 열에 의한 피해를 방지할 수 있다. Here, the first predetermined temperature is determined according to characteristics such as the cell capacity and resistance 140, and as an embodiment, it is set to 90°C to prevent damage due to heat generated by flowing a large current.

또한, 상기 제2 소정온도는 상기 셀 용량 및 저항(140) 등의 특성에 따라 결정되고, 일 실시 예로써 40℃로 설정하여 셀 밸런싱이 효율적으로 수행될 수 있도록 한다.In addition, the second predetermined temperature is determined according to characteristics such as the cell capacity and the resistance 140, and is set to 40° C. as an embodiment so that cell balancing can be efficiently performed.

예를 들어, 셀 밸런싱 수행 중 스위치(120) 및 저항(140)의 발열로 인하여 부품 간의 온도가 93℃인 경우, 상기 스위치(120)를 오프 시켜 해당 셀의 전류가 상기 저항(140)에 흐르는 것을 저지한다. 그 후 셀 밸런싱은 대기하면서 주기적으로 온도를 측정하여 측정된 부품 간의 온도가 39℃가 되는 경우, 상기 스위치(120)를 온 시켜 해당 셀의 전류가 상기 저항(140)에 다시 흐르도록 한다.For example, when the temperature between parts is 93° C. due to heat generation of the switch 120 and the resistor 140 while performing cell balancing, the switch 120 is turned off so that the current of the cell flows through the resistor 140. To stop it. Thereafter, when the temperature between the measured parts reaches 39° C. by periodically measuring the temperature while waiting for the cell balancing, the switch 120 is turned on so that the current of the cell flows back to the resistor 140.

또한, 상기 제1소정온도와 제2소정온도는 기 저장되어 있는 값이다.In addition, the first predetermined temperature and the second predetermined temperature are pre-stored values.

이하 아래에서 셀 밸런싱 진단단계(S210)를 도 3을 들어 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the cell balancing diagnosis step S210 will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 제어방법 중 셀 밸런싱 진단단계(S210)의 순서도이다.3 is a flowchart of a cell balancing diagnosis step (S210) of a cell balancing control method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 셀 밸런싱 진단단계(S210)는 상기 복수개의 셀의 각 전압을 주기적으로 측정하고(셀 전압 측정단계: S211), 상기 셀 전압 측정단계(S211)에서 측정된 복수개의 셀 전압을 이용하여 셀 간의 전압편차를 연산한다(전압편차 연산단계: S212). 여기서 전압편차 연산방법은 각 셀에서 측정된 전압의 최고값을 이용하여 최고값에서 각 셀의 전압값을 빼는 방법이다. Referring to FIG. 3, in the cell balancing diagnosis step S210, each voltage of the plurality of cells is periodically measured (cell voltage measurement step: S211), and a plurality of cell voltages measured in the cell voltage measurement step S211 The voltage deviation between cells is calculated by using (voltage deviation calculation step: S212). Here, the voltage deviation calculation method is a method of subtracting the voltage value of each cell from the highest value by using the highest value of the voltage measured in each cell.

상기 전압편차 연산단계(S212)에서 연산된 셀 간의 전압편차와 기 설정된 소정 범위의 전압편차를 비교한다(전압편차 비교단계: S213).The voltage deviation between cells calculated in the voltage deviation calculation step S212 is compared with a voltage deviation in a predetermined range (voltage deviation comparison step S213).

또한, 상기 전압편차 비교단계(S213)에서 셀 간의 전압편차가 기 설정된 소정 범위의 전압편차보다 큰 경우, 상기 셀 밸런싱 수행단계(S220)를 수행한다. 여기서 상기 소정 범위의 전압편차는 배터리의 사용효율이 저하되는 최소범위의 전압편차 값이며, 일 실시 예로써 1V로 설정할 수 있다.In addition, when the voltage deviation between cells in the voltage deviation comparison step (S213) is greater than the voltage deviation in a predetermined range, the cell balancing step (S220) is performed. Here, the voltage deviation in the predetermined range is a voltage deviation value in the minimum range at which the use efficiency of the battery decreases, and may be set to 1V as an example.

또 다른 실시 예로써, 상기 실시 예는 셀 밸런싱 수행 여부를 실시간으로 진단하여 수행하는 방식으로 실시간으로 전압을 측정하고 판단해야 하므로 알고리즘이 복잡해진다는 단점이 있다.As another embodiment, the above embodiment has a disadvantage in that the algorithm is complicated because the voltage must be measured and determined in real time by diagnosing and performing cell balancing in real time.

따라서 다른 실시 예는 우선 배터리 팩의 충전을 완료하고, 복수개의 셀의 각 전압을 측정한다. Accordingly, in another embodiment, first, charging of the battery pack is completed, and each voltage of a plurality of cells is measured.

또한, 측정된 복수개의 셀 전압을 기 설정된 소정 전압 값과 비교하여 상기 측정된 복수개의 셀 전압이 기 설정된 소정 전압 값 미만인 경우, 셀 밸런싱이 필요하다고 판단하고 해당 셀들의 전류가 감소되도록 스위치(120)를 온 시켜 저항(140)에 전류를 공급한다In addition, when the measured cell voltages are compared with a preset predetermined voltage value and the measured cell voltages are less than a preset predetermined voltage value, it is determined that cell balancing is necessary and the current of the cells is reduced. ) To supply current to the resistor 140

그러나 상기 셀 밸런싱 수행단계에서 상기 스위치(120)와 저항(140)의 온도가 제1 소정온도를 초과하는 경우, 셀 밸런싱이 일시적으로 중지되도록 상기 스위치를 오프 시킨다(셀 밸런싱 중지단계: S230). However, when the temperature of the switch 120 and the resistor 140 exceeds the first predetermined temperature in the cell balancing step, the switch is turned off so that cell balancing is temporarily stopped (cell balancing stop step: S230).

또한, 셀 밸런싱 중지 후 상기 스위치(120) 및 저항(140)의 온도가 제2 소정온도 미만인 경우, 셀 밸런싱이 재개되도록 상기 스위치를 온 시킨다(셀 밸런싱 재개단계: S240).In addition, when the temperature of the switch 120 and the resistor 140 is less than the second predetermined temperature after stopping the cell balancing, the switch is turned on so that cell balancing resumes (cell balancing resume step: S240).

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.On the other hand, although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of explanation and not for the limitation thereof. In addition, a person having ordinary knowledge in the technical field of the present invention may be able to implement various embodiments within the described claims.

100: 셀 밸런싱 제어장치
110: 제어부
120: 스위치
130: 온도센서
140: 저항100: cell balancing control device
110: control unit
120: switch
130: temperature sensor
140: resistance

Claims (7)

배터리 팩에 구성되는 복수개의 셀의 밸런싱을 제어하는 셀 밸런싱 제어장치에 있어서,
상기 복수개의 셀의 전압을 모니터링하고 각 셀에 셀 밸런싱이 필요한지 판단하여 해당 셀에 셀 밸런싱이 수행되도록 제어하는 제어부:
하나의 셀의 양(+)전극에 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 해당 셀로부터 공급되는 전류를 온/오프하는 스위치;
상기 하나의 셀의 음(-)전극에 연결되어 상기 스위치로부터 공급되는 전류를 감소시키는 저항; 및
일단이 상기 스위치와 연결되고 타단은 상기 저항에 연결되어, 해당 셀의 셀 밸런싱 수행에 따라 발생하는 상기 스위치와 저항의 온도를 감지하는 온도센서;
를 포함하여 구성되고,
상기 제어부는, 셀 밸런싱 수행 시 해당 셀에 구성되어 있는 상기 스위치를 온 시켜 해당 셀의 전류가 상기 저항에 흘러 감소되도록 하고, 셀 밸런싱 수행 중 상기 온도센서에서 감지되는 스위치 및 저항의 발열로 인한 상기 스위치 및 저항의 온도가 제1 소정온도를 초과하는 경우, 상기 스위치를 오프 시켜 해당 셀의 전류가 상기 저항에 흐르지 않도록 셀 밸런싱을 중지하고, 그 후 상기 온도센서에서 감지되는 스위치 및 저항의 온도가 제2 소정온도 미만이면, 상기 스위치를 온 시켜 해당 셀의 전류가 상기 저항에 다시 흐르도록 셀 밸런싱을 재개하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 제어장치.
In the cell balancing control device for controlling the balancing of a plurality of cells configured in the battery pack,
A control unit that monitors the voltages of the plurality of cells, determines whether cell balancing is required for each cell, and controls cell balancing to be performed on the corresponding cell:
A switch connected to the positive (+) electrode of one cell to turn on/off the current supplied from the cell under the control of the controller;
A resistor connected to the negative (-) electrode of the one cell to reduce a current supplied from the switch; And
A temperature sensor having one end connected to the switch and the other end connected to the resistor to sense the temperature of the switch and the resistor generated according to the cell balancing of a corresponding cell;
It is composed including,
When performing cell balancing, the control unit turns on the switch configured in the corresponding cell so that the current of the corresponding cell flows through the resistance and decreases, and the switch detected by the temperature sensor during cell balancing and the resistance due to heat generation When the temperature of the switch and the resistor exceeds the first predetermined temperature, the switch is turned off to stop the cell balancing so that the current of the cell does not flow through the resistor, and then the temperature of the switch and the resistor detected by the temperature sensor is reduced. When the temperature is less than a second predetermined temperature, the switch is turned on to resume cell balancing so that the current of the corresponding cell flows back to the resistor.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1 소정온도 및 제2 소정온도는 제어부 내부 또는 외부에 추가로 구성되어 있는 메모리에 기 저장되어 있는 값으로, 상기 셀 용량 및 저항에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 제어장치.
The method according to claim 1,
The first predetermined temperature and the second predetermined temperature are values pre-stored in a memory additionally configured inside or outside the controller, and are determined according to the cell capacity and resistance.
 복수개의 셀의 밸런싱을 온도에 따라 제어하는 방법에 있어서,
상기 복수개의 셀에 셀 밸런싱이 필요한지 진단하는 셀 밸런싱 진단단계;
상기 셀 밸런싱 진단단계로부터 셀 밸런싱이 필요한 것으로 진단된 경우, 밸런싱이 필요한 셀의 전류가 감소되도록 해당 셀의 각 스위치를 온 시켜 해당 셀의 전류를 저항에 공급하는 셀 밸런싱 수행단계;
상기 스위치와 저항 사이에 연결되어 상기 셀 밸런싱 수행단계에서의 셀 밸런싱 수행에 따라 발생하는 상기 스위치와 저항의 온도를 감지하는 온도 센서의 온도가 제1 소정온도를 초과하는 경우, 해당 셀의 전류가 상기 저항에 흐르지 않도록 상기 스위치를 오프 시켜 셀 밸런싱 수행을 중지시키는 셀 밸런싱 중지단계; 및
상기 셀 밸런싱 중지 후 상기 온도 센서에서 감지하는 상기 스위치 및 저항의 온도가 제2 소정온도 미만인 경우, 해당 셀의 전류가 상기 저항에 다시 흐르도록 상기 스위치를 온 시켜 셀 밸런싱을 재개하는 셀 밸런싱 재개단계;
를 포함하는 셀 밸런싱 제어방법.
In a method of controlling the balancing of a plurality of cells according to temperature,
A cell balancing diagnosis step of diagnosing whether cell balancing is necessary for the plurality of cells;
When it is diagnosed that cell balancing is necessary from the cell balancing diagnosis step, performing a cell balancing step of supplying a current of the corresponding cell to a resistor by turning on each switch of the corresponding cell so that the current of the cell requiring the balancing is reduced;
When the temperature of the temperature sensor connected between the switch and the resistor to sense the temperature of the switch and the resistor generated according to the cell balancing performed in the cell balancing step exceeds a first predetermined temperature, the current of the cell is A cell balancing stopping step of stopping the cell balancing by turning off the switch so as not to flow through the resistance; And
After stopping the cell balancing, when the temperature of the switch and the resistor sensed by the temperature sensor is less than a second predetermined temperature, the cell balancing restart step of restarting the cell balancing by turning on the switch so that the current of the cell flows back to the resistor ;
Cell balancing control method comprising a.
 청구항 4에 있어서,
상기 셀 밸런싱 진단단계는,
상기 복수개의 셀의 각 전압을 주기적으로 측정하는 셀 전압 측정단계;
상기 셀 전압 측정단계에서 측정된 복수개의 셀 전압을 이용하여 셀 간의 전압편차를 연산하는 전압편차 연산단계; 및
상기 전압편차 연산단계에서 연산된 셀 간의 전압편차와 기 설정된 소정 범위의 전압편차를 비교하는 전압편차 비교단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 제어방법.
The method of claim 4,
The cell balancing diagnosis step,
A cell voltage measuring step of periodically measuring voltages of the plurality of cells;
A voltage deviation calculating step of calculating a voltage deviation between cells using a plurality of cell voltages measured in the cell voltage measuring step; And
A voltage deviation comparison step of comparing a voltage deviation between cells calculated in the voltage deviation calculation step and a voltage deviation in a predetermined range;
Cell balancing control method comprising a.
 청구항 5에 있어서,
상기 전압편차 비교단계에서 셀 간의 전압편차가 기 설정된 소정 범위의 전압편차보다 큰 경우, 상기 셀 밸런싱 수행단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 제어방법.
The method of claim 5,
When the voltage deviation between cells in the voltage deviation comparison step is greater than a voltage deviation in a predetermined range, the cell balancing step is performed.
 청구항 4에 있어서,
상기 제1 소정온도 및 제2 소정온도는 기 저장되어 있는 값으로, 상기 스위치 및 저항에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 제어방법.
The method of claim 4,
The first predetermined temperature and the second predetermined temperature are pre-stored values and are determined according to the switch and the resistance.
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