KR102286780B1 - method of charging rechargeable battery - Google Patents
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Abstract
이차전지를 사용하면서 온도, 전압, 전류를 포함하는 충방전 데이터를 획득하고, 이 데이터를 통해 이차전지의 현재 상태나 특성을 파악하고, 충전할 때 다시 충전 데이터를 획득하면서 주기적으로 현재 상태나 특성에 맞는 업데이트 상태의 충전 컨트롤을 수행하는 것 혹은 업데이트 상태의 충전 프로그램에 따라 충전을 실시하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충전 방법이 개시된다. 이차전지는 단위 전지 셀 혹은 단위 전지 셀 복수 개가 직렬 및 병렬 조합으로 결합된 전지모듈일 수 있고, 복수 개가 결합된 전지 모듈에서는 전지 모듈을 이루는 개별 전지 셀의 충전 시간의 적어도 일부 기간에서 충전 조건 가령 충전비(C-rate)를 서로 다르게 관리하거나 고전압 전지 셀에서 저전압 전지 셀로 셀투셀 방식으로 전류를 흘릴 수 있으며, 이런 과정에서도 주기적으로 충전 과정과 같은 데이터 획득과 전압 불균등 데이터를 획득하고 조정 프로파일을 업데이트하여 효율적이고 시간이 단축된 균등화 조정을 실시하여 전체적으로 충전 과정의 효율성과 시간단축을 이룰 수 있다.
본 발명에 따르면 충전 과정에서 일정 주기마다 업데이트된 충전 프로그램에 따라 충전 목표를 달성하기에 가장 적합한 상태로 충전을 실시할 수 있고, 복수 전지가 결합된 전지모듈에 있어서 전지 셀 사이의 특성 차이를 고려하면서 원하는 목표에 최적화된 이차전지의 충전관리를 할 수 있게 된다.Acquire charge/discharge data including temperature, voltage, and current while using a secondary battery, identify the current state or characteristics of the secondary battery through this data, and periodically acquire charging data when charging Disclosed is a method for charging a secondary battery, characterized in that charging is performed according to a charging program in an updated state or by performing charge control in an updated state according to . The secondary battery may be a unit battery cell or a battery module in which a plurality of unit battery cells are combined in series and parallel combinations, and in a battery module in which the plurality of unit battery cells are combined, charging conditions such as You can manage different C-rates or flow current from a high-voltage battery cell to a low-voltage battery cell in a cell-to-cell manner. By updating, efficient and time-saving equalization adjustments can be made, resulting in overall efficiency and time savings of the charging process.
According to the present invention, charging can be performed in the most suitable state to achieve the charging target according to the charging program updated at regular intervals during the charging process, and in a battery module in which a plurality of batteries are combined, the difference in characteristics between battery cells is taken into account. While doing so, it is possible to manage the charge of the secondary battery optimized for the desired goal.
Description
본 발명은 이차전지 충전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지의 충방전 상태 데이터를 통해 이차전지의 상태를 추정하고 이 상태에 맞는 효율적 고속 충전 환경을 제공할 수 있도록 하는 이차전지 충전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery charging method, and more particularly, to a secondary battery charging method capable of estimating the state of a secondary battery through charging/discharging state data of the secondary battery and providing an efficient fast charging environment suitable for this state. it's about
충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 퍼스널 이모빌리티, 전기자동차(EV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있으며, 전력 저장 장치에 관한 기술이 개발되면서 전력 저장 장치로서도 고려되어 개발되고 있다. Secondary batteries capable of charging and discharging are widely used as energy sources for mobile devices, and are also attracting attention as power sources for personal mobility and electric vehicles (EVs). is being developed
소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서 다수의 개별 전지 셀을 직렬 또는 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여 전지모듈(전지스택, 전지팩)을 구성하는 경우가 많은데 전지모듈의 용량이 커질수록 확장성이 용이하고 안정적인 전지 셀 결합 구조를 유지할 수 있어야 한다.In many cases, battery modules (battery stacks, battery packs) are configured by electrically connecting a plurality of individual battery cells in a series or parallel manner in order to provide the output and capacity required by a predetermined device or device. As it becomes larger, it should be able to easily expand and maintain a stable battery cell bonding structure.
다수의 전지 셀을 사용하여 전지모듈을 구성하는 경우, 일부 전지 셀이 과전압, 과전류 또는 과열 상태에 놓이는 경우가 있고, 이런 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제된다. 따라서, 전지모듈에서 문제 부분을 검출하여 제어하기 위한 수단이 필요하고, 안전 시스템인 BMS (Battery Management System)를 구비하여 과전압, 과전류, 과발열 등을 탐지하고 전지모듈을 제어 및 보호하는 구성을 이루는 경우가 많다. 대한민국 등록특허 제10-1720027호에는 도1과 같이 직렬된 전지 셀이나 단위 전지모듈을 스위치를 통해 컨버터와 연결하고 기준 이상의 셀 전압 불균등이 발생하면 셀투셀 능동제어 방식으로 셀 간 전압 불균형을 해소하는 균등화 장치가 개시된다.When a battery module is configured using a plurality of battery cells, some battery cells may be placed in an overvoltage, overcurrent or overheating state, in which case the safety and operating efficiency of the battery module are greatly problematic. Therefore, a means for detecting and controlling the problem part in the battery module is required, and a battery management system (BMS), which is a safety system, is provided to detect overvoltage, overcurrent, overheating, etc., and to control and protect the battery module. Often times. Republic of Korea Patent No. 10-1720027 discloses that as shown in FIG. 1, a battery cell or unit battery module is connected in series with a converter through a switch, and when a cell voltage inequality greater than the standard occurs, the cell-to-cell active control method solves the voltage imbalance between cells. An equalization apparatus is disclosed.
BMS는 전지 셀들과 함께 전지모듈 케이스의 내부에 장착될 수 있지만 대형의 경우 전지 셀들과 별도의 공간에 장착되는 경우도 많이 있다. 별도 분석 수단을 이용하기 위해 BMS와 연결된 통신수단 등을 통해 BMS가 가지고 있는 정보를 텍스트(text) 파일 등으로 받아 저장, 기록, 분석하는 것도 가능하다. The BMS may be mounted inside the battery module case together with the battery cells, but in many cases, the BMS is mounted in a space separate from the battery cells. In order to use a separate analysis means, it is also possible to receive, store, record, and analyze the information possessed by the BMS as a text file, etc. through a communication means connected to the BMS.
BMS가 획득할 수 있는 정보는 직접 정보와 직접 정보를 처리하여 얻을 수 있는 간접 정보가 있으며, 충전 상태 정보, 충전율 정보, 충전 잔여시간 정보, 정전압 모드시 전압 값 및 정전류 모드시 전류 값 등 다양한 정보가 될 수 있다. The information that BMS can acquire includes direct information and indirect information that can be obtained by directly processing information. Various information such as charge state information, charge rate information, remaining charge time information, voltage value in constant voltage mode and current value in constant current mode can be
보다 구체적으로, BMS는 일반적으로 검출 기능 유닛과 산술 제어 유닛으로 구성될 수 있으며 많은 수의 감지 신호를 기반으로 전체 시스템의 작동을 조정한다. 검출 기능 유닛의 검출 대상은 일반적으로 상태 관측 알고리즘에 의해 획득된 이차전지의 전압, 전류 및 작동 온도 데이터를 포함하며 데이터는 핵심 알고리즘에 의해 산술 제어 유닛으로 전송된다. 산술 제어 유닛은 데이터를 처리하고 그에 따른 결과를 얻고 이 결과를 바탕으로 제어를 실시한다.More specifically, the BMS can generally be composed of a detection function unit and an arithmetic control unit, and coordinate the operation of the entire system based on a large number of detection signals. The detection object of the detection function unit generally includes voltage, current and operating temperature data of the secondary battery obtained by the state observation algorithm, and the data is transmitted to the arithmetic control unit by the core algorithm. The arithmetic control unit processes the data, obtains a result according to it, and performs control based on the result.
산술 제어 유닛은 컴퓨터의 CPU와 마찬가지로 전체 시스템의 핵심 부분이며, 통상 산술기능 칩 하드웨어, 기본 소프트웨어, 운영 환경 (RTE) 및 핵심 알고리즘을 구현한 핵심 소프트웨어를 포함하여 이루어지고, 일반적으로 이차전지 상태 추정과 결함 진단 및 보호 기능을 수행한다. 상태 추정에는 SOC (State Of Charge), SOP (State Of Power), SOH (State Of Health) 추정이 포함될 수 있다.The arithmetic control unit is a core part of the whole system, like the CPU of a computer, and is usually composed of the arithmetic function chip hardware, basic software, operating environment (RTE), and core software implementing the core algorithm, and is generally used to estimate the state of secondary batteries. and fault diagnosis and protection functions. The state estimation may include SOC (State Of Charge), SOP (State Of Power), and SOH (State Of Health) estimation.
대한민국 등록특허 제10-1293630호에는 배터리 용량 퇴화 추정 장치 및 방법이 개시된다. 여기서는 배터리의 적절한 교체시기를 판단하고, 퇴화가 진행되는 배터리에 적절한 충전용량이 얼마인지 판단하기 위하여 배터리의 SOH(State Of Health)를 추정하는 방법 및 장치가 개시된다.Korean Patent Registration No. 10-1293630 discloses an apparatus and method for estimating battery capacity deterioration. A method and apparatus for estimating the state of health (SOH) of a battery to determine an appropriate replacement time of a battery and to determine an appropriate charging capacity for a battery undergoing deterioration are disclosed.
배터리 용량 특성의 변화는 배터리의 내부저항 변화에 반영되므로, SOH는 배터리의 내부저항과 온도에 의해 추정이 가능한 것으로 알려져 있다. 즉 충방전 실험을 통해 배터리의 내부저항과 온도별로 배터리의 용량을 측정하고, 배터리의 초기 용량을 기준으로 이렇게 측정된 용량을 상대 수치화함으로써 SOH 맵핑을 위한 룩업 테이블을 얻는다. 그러고 실제 배터리 사용 환경에서 배터리의 내부저항과 온도를 측정하고 룩업 테이블로부터 내부저항과 온도에 대응되는 SOH를 맵핑하여 배터리의 SOH를 추정한다. Since changes in battery capacity characteristics are reflected in changes in the internal resistance of the battery, it is known that the SOH can be estimated by the internal resistance and temperature of the battery. That is, a lookup table for SOH mapping is obtained by measuring the capacity of the battery by the internal resistance and temperature of the battery through a charge/discharge experiment, and quantifying the measured capacity as a relative numerical value based on the initial capacity of the battery. Then, the SOH of the battery is estimated by measuring the internal resistance and temperature of the battery in the actual battery use environment and mapping the SOH corresponding to the internal resistance and temperature from the lookup table.
여기서는 센싱부가 미리 정해진 충전전압구간에서 배터리의 전압과 전류를 측정하고, 메모리부가 센싱부에서 측정된 전압 측정값 및 전류 측정값과 실제 퇴화 정도를 알고 있는 배터리의 전류 적산(Ampere counting) 실험으로부터 얻은 SOH별 적산전류값을 저장하고, 제어부가 충전전압구간에서 메모리부에 저장된 전류 측정값을 적산하여 적산전류값을 산출하고 메모리부에 저장된 SOH(State Of Health)별 적산전류값으로부터 적산전류값에 대응하는 SOH값을 맵핑하여 SOH값을 추정하게 된다.Here, the sensing unit measures the voltage and current of the battery in a predetermined charging voltage section, and the memory unit knows the voltage and current measurements measured by the sensing unit and the actual degree of degradation obtained from the Ampere counting experiment. The accumulated current value for each SOH is stored, and the control unit calculates the accumulated current value by accumulating the current measured value stored in the memory unit in the charging voltage section. The SOH value is estimated by mapping the corresponding SOH value.
한편, 리튬이온 이차전지 충전방법은 2010년 10월 발간 한국전자통신연구원의 전자통신동향분석 제25권 제5호 PP11~19의 김광만 등에 의한 '리튬이차전지의 고효율 충전법 연구 동향'에 여러 가지 종류가 잘 개시되어 있으며, 통상의 정전류-정전압 충전법, 부스트 충전법, 전류감쇠 충전법, 다단계 정전류 충전법, 펄스 충전법 등이 개시되어 있다.On the other hand, lithium-ion secondary battery charging methods are various in 'Research Trend of High Efficiency Charging Method for Lithium Secondary Battery' by Kim Kwang-man et al. The types are well disclosed, and a conventional constant current-constant voltage charging method, a boost charging method, a current decay charging method, a multi-step constant current charging method, a pulse charging method, and the like are disclosed.
이런 각각의 충전법은 충전 목표 달성을 위한 최적의 충전 알고리즘 속에서 반영되어 사용될 수 있으며, 최적화를 위해 혼합되어 사용될 수도 있다. Each of these filling methods may be reflected in the optimal filling algorithm to achieve the filling goal, or may be used in combination for optimization.
그런데, 기존의 이상과 같은 선행기술들은 전지 셀이나 전지모듈의 상태를 알려줄 수 있고 전지 사용자 혹은 관리자는 이를 전지모듈이나 전지 셀의 교체, 관리에 참고사항으로 활용할 수 있지만 이를 기반으로 전지모듈이나 전지 셀의 운영을 실시간으로 변경, 최적화하는 것까지 고려하지 않고 있다. However, the prior art as described above can inform the state of a battery cell or battery module, and a battery user or administrator can use it as a reference for replacing and managing the battery module or battery cell, but based on this, the battery module or battery It does not even consider changing and optimizing the operation of the cell in real time.
그런데 이차전지는 그때그때의 상황이나 상태, 주기수명상태에 따라 관리를 할 경우, 전지의 수명과 충방전 효율을 개선할 수 있고, 급속 충전과 같은 특정 목적을 위해 가장 좋은 조건을 얻고 실행하는 것도 가능하므로, 측정된 다양한 충방전 관련 데이터를 이용하여 전지모듈을 충전할 때의 가장 적합한 조건을 도출하고, 시간 추이에 따르거나 특정 충방전 환경에 맞추어 가장 적합한 조건을 스스로 변화시키면서 적용할 수 있다면 매우 바람직할 것이다. However, if the secondary battery is managed according to the situation, condition, and cycle life state, the battery life and charge/discharge efficiency can be improved, and it is also important to obtain and execute the best conditions for a specific purpose such as rapid charging. Therefore, if the most suitable conditions for charging the battery module can be derived using various measured charge/discharge-related data and applied while changing the most suitable conditions by themselves according to the time trend or according to a specific charge/discharge environment, it would be very It would be desirable
또한, 이런 충전방법은 단순 전지 셀에 대한 것이 될 수도 있고 전지모듈에 대한 것이 될 수 있는데, 전지 셀을 복수 포함하는 전지 모듈의 경우, 충전 조건을 통해 충전 프로그램 혹은 충전 프로파일을 구성 셀을 특성을 고려한 충전방법을 도출할 수 있다면 더욱 바람직할 것이다.In addition, this charging method may be for a simple battery cell or a battery module. In the case of a battery module including a plurality of battery cells, a charging program or charging profile is configured through charging conditions to characterize the cells. It would be more desirable if the considered charging method could be derived.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제나 한계 사항을 해결, 극복하기 위한 것으로, 리튬이온 이차전지와 같은 이차전지를 운용함에 있어서 종래에 BMS가 데이터 획득을 통해 전지 셀이나 전지모듈의 상태를 알려줄 수 있지만 이를 실시간에 가깝게 충전시 일정 주기마다 충전 프로그램에 반영하여 충전 콘트롤에 사용하지 않는 점을 개선하여 충전 목표를 달성하기에 가장 적합한 상태로 충전 프로그램을 유지할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve and overcome the problems or limitations of the prior art described above. In operating a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, the conventional BMS can inform the state of a battery cell or a battery module through data acquisition. However, the purpose of this is to provide a method to maintain the charging program in the most suitable state to achieve the charging goal by improving the point that it is not used for charging control by reflecting this in the charging program at regular intervals when charging close to real time.
본 발명은 전지 셀이나 전지 모듈의 실 상황이나 상태를 실시간에 가깝게 얻어내고 이 획득된 최신의 결과에 따라 이차전지의 충전 관리를 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method capable of obtaining the actual situation or state of a battery cell or a battery module in real-time close to real time and performing charge management of a secondary battery according to the obtained latest result.
본 발명의 추가적 관점에 따르면, 본 발명은 복수 전지가 결합된 전지모듈에 있어서 전지 셀 사이의 특성 차이를 고려하면서 원하는 목표에 최적화된 이처전지의 충전관리를 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.According to a further aspect of the present invention, in a battery module in which a plurality of batteries are combined, it is an object of the present invention to provide a method for charging management of a second battery that is optimized for a desired goal while considering the difference in characteristics between the battery cells. do.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리튬이온 이차전지와 같은 이차전지를 사용하면서 온도, 전압, 전류를 포함하는 충방전 데이터를 획득하고, 이 데이터를 통해 이차전지의 현재 상태나 특성을 파악하고, 충전할 때 다시 충전 데이터를 획득하면서 주기적으로 현재 상태나 특성에 맞는 업데이트 상태의 충전 컨트롤을 수행하는 것 혹은 업데이트 상태의 충전 프로그램에 따라 충전을 실시하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object obtains charge/discharge data including temperature, voltage, and current while using a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, and grasps the current state or characteristics of the secondary battery through this data, It is characterized by periodically performing charging control of an updated state suitable for the current state or characteristics while acquiring charging data again during charging, or performing charging according to a charging program of the updated state.
본 발명에서 이차전지는 단위 전지 셀 혹은 단위 전지 셀 복수 개가 직렬 및 병렬 조합으로 결합된 전지 모듈(전지 팩)일 수 있고, 복수 개가 결합된 전지 모듈에서는 전지 모듈을 이루는 개별 전지 셀의 충전 시간의 적어도 일부 기간에서 충전 조건 가령 충전비(C-rate)를 서로 다르게 관리할 수 있다. In the present invention, the secondary battery may be a unit battery cell or a battery module (battery pack) in which a plurality of unit battery cells are combined in series and parallel combinations, and in the battery module in which a plurality of unit battery cells are combined, the charging time of individual battery cells constituting the battery module is Charging conditions, such as a charging rate (C-rate), may be differently managed in at least some period.
본 발명에서 BMS 내의 설정을 달리하여 충전 컨트롤의 목표를 가령 사이클 수명 최대화나 급속 충전으로 전환할 수 있고, 각 목표에 따른 충전 프로그램이 수행될 수 있으며, 충전 프로그램은 이차전지 충방전을 거듭하면서 얻는 데이터, 과거 충전 프로그램과 이차전지 상태 특성을 바탕으로 주기적으로 업데이트된 것일 수 있다. In the present invention, by changing the setting in the BMS, the goal of the charging control can be switched to, for example, maximizing cycle life or fast charging, a charging program according to each target can be performed, and the charging program can be obtained by repeatedly charging and discharging the secondary battery. It may be periodically updated based on data, past charging programs, and state characteristics of secondary batteries.
본 발명에서 이차전지는 복수의 단위 전지 셀이 결합된 전지모듈의 형태를 이루고, 충전 방법에 있어서, BMS가 충전 중에 충전완료시까지 주기적으로 복수의 단위 전지 셀에 대해 충전 데이터를 획득하면서 복수의 단위 전지 셀 사이의 최대 전압과 최소 전압 사이의 전압 차를 검출하여 충전 데이터와 함께 데이터 베이스로 저장하고, 전압 차가 일정 값을 초과하는지 확인함으로써 전지 셀 사이의 전압 불균형 상태를 확인하고, 전압 불균형 상태가 확인되면 충전장치의 충전을 중단시키고 셀 전압 균등 제어장치를 가동시켜 균등 조정 프로파일에 의해 셀 투 셀 방식의 능동 조정(균등화)을 실시하고, 셀 전압 균등 제어장치에 의한 균등 조정 과정에서도 BMS가 조정 관련 전지 셀들의 충전 데이터를 일정 주기로 획득하여 데이터 베이스에 저장함으로써 셀 전압 균등화 제어 관련 데이터 베이스를 업데이트하고, 업데이트된 데이터 베이스를 근거로 새로운 균등 조정 프로파일을 얻고 새로운 균등 조정 프로파일에 따른 균등 조정 과정을 이어가고, 균등 제어장치에 설정한 조정 완료 조건이 달성되면 균등 조정 과정을 마치고 중단된 충전 과정이 이어질 수 있다.In the present invention, the secondary battery is in the form of a battery module in which a plurality of unit battery cells are combined, and in the charging method, the BMS periodically acquires charging data for the plurality of unit battery cells during charging until charging is completed while charging the plurality of units. It detects the voltage difference between the maximum voltage and the minimum voltage between the battery cells and stores it in the database together with the charging data, checks the voltage imbalance between the battery cells by checking whether the voltage difference exceeds a certain value, and the voltage imbalance If it is confirmed, the charging of the charging device is stopped and the cell voltage equalization control device is activated to perform active cell-to-cell method active adjustment (equalization) according to the equalization profile, and the BMS is also adjusted during the equalization process by the cell voltage equalization controller. The cell voltage equalization control related database is updated by acquiring the charging data of the related battery cells at regular intervals and storing it in the database, and a new equalization profile is obtained based on the updated database and the equalization process according to the new equalization profile is performed. Then, when the adjustment completion condition set in the equalization control device is achieved, the equalization adjustment process is completed and the stopped charging process may be continued.
본 발명에 따르면 BMS가 전압, 전류, 온도를 포함하는 데이터 획득을 통해 전지 셀이나 전지모듈의 상태를 확인하고, 이 데이터 및 상태를 충전시 일정 주기마다 충전 프로그램 혹은 충전 콘트롤을 업데이트하는데 사용하고, 따라서 일정 주기마다 업데이트된 충전 프로그램에 따라 충전 목표를 달성하기에 가장 적합한 상태로 충전을 실시할 수 있다.According to the present invention, the BMS checks the state of a battery cell or battery module through data acquisition including voltage, current, and temperature, and uses this data and state to update a charging program or charge control at regular intervals when charging, Accordingly, charging may be performed in a state most suitable for achieving the charging target according to the charging program updated at regular intervals.
본 발명에 따르면 전지 셀이나 전지 모듈의 실 상황이나 상태를 일정 주기마다 확인하고 이 획득된 결과에 따라 이차전지의 충전 목표에 적합한 충전 관리를 할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to check the actual situation or state of a battery cell or a battery module at regular intervals, and according to the obtained result, it is possible to manage charging suitable for the charging target of the secondary battery.
본 발명의 추가적 관점에 따르면, 복수 전지가 결합된 전지모듈에 있어서 전지 셀 사이의 특성 차이를 고려하면서 원하는 목표에 최적화된 이차전지의 충전관리를 할 수 있게 된다.According to a further aspect of the present invention, in a battery module in which a plurality of batteries are combined, it is possible to perform charge management of a secondary battery optimized for a desired goal while considering a difference in characteristics between the battery cells.
도1은 종래의 셀 전압 균등 제어장치의 예의 구성을 나타내는 개념도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 방법의 알고리즘을 나타내는 흐름도,
도3은 본 발명에서 사용될 수 있는 셀 전압 균등 제어장치의 실시예 구성을 나타내는 개념적 회로도이다.1 is a conceptual diagram showing the configuration of an example of a conventional cell voltage equalization control device;
2 is a flowchart illustrating an algorithm of a charging method according to an embodiment of the present invention;
3 is a conceptual circuit diagram showing the configuration of an embodiment of a cell voltage equalization control device that can be used in the present invention.
이하 도면을 참조하면서 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples with reference to the drawings.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a charging method according to an embodiment of the present invention.
여기서, 충전 목표는 가능한 한도 내에서의 급속충전으로 설정된 것으로 하고, 충전 전원으로는 역율 보정(PFC) 기능을 가지며 교류전원을 직류전원으로 변환하는 스위치 제어를 사용하는 전원장치인 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 사용된다. 여기서는 스위치소자의 온오프 시간 비율 제어하여 출력을 안정화시킨 직류를 공급하게 된다(S10). SMPS는 고주파 스위칭에 의한 노이즈 및 전자파 발생 많고 회로가 복잡하지만 열발생 적고 소형화가 용이하며 전력효율 높다.Here, the charging target is set to be fast charging within the possible limit, and the charging power source has a power factor correction (PFC) function and is a SMPS (Switching Mode Power) power supply that uses a switch control that converts AC power to DC power. supply) is used. Here, the DC output is supplied by controlling the on-off time ratio of the switch element (S10). SMPS generates a lot of noise and electromagnetic waves due to high-frequency switching, and although the circuit is complicated, it generates little heat, is easy to miniaturize, and has high power efficiency.
이 전원장치에서는 DC/DC 제어 알고리즘에 의해 공급 전원 특성을, 가령 충전 전압 및 전류를 조절할 수 있다(S20). 제어 알고리즘은 초기 설정에 맞게 표준 형태로 제공되며, 전원장치를 고조파 제어방식으로 제어할 수 있다(S90).In this power supply, it is possible to adjust the supply power characteristics, for example, the charging voltage and the current by the DC/DC control algorithm (S20). The control algorithm is provided in a standard form according to the initial setting, and the power supply can be controlled by the harmonic control method (S90).
이차전지의 BMS는 충전 전원이 이차전지 충전을 위해 인가되면 충전 관련 데이터 혹은 충전 파라미터(parameter)를 측정, 획득하고 저장할 수 있다.The BMS of the secondary battery may measure, acquire, and store charging-related data or charging parameters when charging power is applied to charge the secondary battery.
한편으로 BMS는 회로에 내장된 이차전지 상태 관측 알고리즘을 통해 이차전지의 전류, 전압 온도와 같은 측정 데이터를 획득하고(S30), 상태 관측 알고리즘에 의한 데이터를 바탕으로 기본적으로 과충전 방지 및 과방전 방지와 같은 안전기능을 수행한다. 데이터 측정은 전지모듈에 결합된 센서와 전압 전류 측정 수단에 의해 이루어질 수 있고, 이런 센서 혹은 검출수단 자체가 BMS의 일부를 이루는 것으로 볼 수 있다.On the other hand, the BMS acquires measurement data such as the current, voltage and temperature of the secondary battery through the secondary battery state observation algorithm built into the circuit (S30), and basically prevents overcharge and overdischarge based on the data by the state observation algorithm. safety functions such as Data measurement can be made by a sensor coupled to the battery module and a voltage and current measuring means, and such a sensor or detecting means itself can be viewed as forming a part of the BMS.
이렇게 충전을 수행하면서 얻어진 데이터는 이차전지의 리튬이온의 전극간 이동상태나 전극 구조의 열화나 붕괴와 같은 전기적 화학적 상태를 확인하는 근거자료가 된다. 이차전지 온도, 현재의 이차전지 전압 및 전류는 측정 데이터를 이루고, 이차전지 특성과 이차전지 측정 데이터를 통해 이차전지의 충전상태 또는 충전율(SOC: State Of Charge), 열화상태 또는 SOH(State Of Health) 등을 추정할 수 있다(S40).The data obtained while charging in this way serves as the basis for confirming the electrochemical state such as the inter-electrode movement state of lithium ions of the secondary battery or deterioration or collapse of the electrode structure. The secondary battery temperature, current secondary battery voltage and current constitute measurement data, and the state of charge (SOC: State of Charge), deterioration state or SOH (State Of Health) of the secondary battery through secondary battery characteristics and secondary battery measurement data. ) and the like can be estimated (S40).
이런 추정 과정은 BMS 자체의 저장장치 및 프로세서와 같은 하드웨어 및 이 하드웨어를 위한 소프트웨어(알고리즘)를 통해, 특히 산술 제어 유닛을 통해 이루어진다. 이렇게 얻은 데이터 및 상태 자료는 저장장치에 저장된다.This estimation process is performed through hardware such as a storage device and processor of the BMS itself and software (algorithm) for this hardware, in particular through an arithmetic control unit. The data and status data obtained in this way are stored in the storage device.
이렇게 온도 및 SOH를 얻은 상태에서, 이차전지의 특성이나 충방전 이력 관련 데이터 베이스(이후 넓게 룩업 테이블이나 상관관계 그래프를 포함하는 의미로 사용하기로 한다)를 활용하여 현재 이차전지의 SOC에 맞는 최적의 충전 조건을 찾는다. 이때 데이터 베이스는 실제 충방전에서 얻어지는 데이터를 저장하여 확장될 수 있고, 저장된 자료 전체나 최근 자료에 가중치를 두어 정리함으로써 데이터 베이스 근거 자료(가공 자료)의 업데이트를 실시할 수 있다(S50). With the temperature and SOH obtained in this way, the characteristics of the secondary battery or the database related to the charge/discharge history (hereinafter, it will be used broadly to include lookup tables and correlation graphs) are used to optimize the current SOC of the secondary battery. Find the charging conditions of At this time, the database may be expanded by storing data obtained from actual charging and discharging, and the database basis data (processed data) may be updated by placing weights on all stored data or recent data (S50).
이차전지의 특성은 이차전지 제조시의 디자인과, 샘플링 검사 및 평균화 작업에 의해 얻은 함수화된 관계 및 그래프에 의해 표시되고 이용될 수 있다. 가령 F값은 각 이차전지 충방전 데이터 축적에 의해 얻어질 수도 있지만 제조사에서의 샘플링 실험에 의해 데이터베이스 형태로 얻어질 수도 있다.The characteristics of the secondary battery can be displayed and used by design and functionalized relationships and graphs obtained by sampling inspection and averaging operations during manufacturing of the secondary battery. For example, the F value may be obtained by accumulating charge/discharge data of each secondary battery, or may be obtained in the form of a database by sampling experiments at the manufacturer.
전체 누적 데이터 베이스는 BMS 자체의 저장소에 저장될 수 있고, 데이터 베이스의 운영도 BMS 자체의 하드웨어 및 소프트웨어를 이용하여 이루어질 수 있으며, BMS와 별도의 처리장치 및 저장소와 소프트웨어를 가진 지원장치와 통신수단으로 교류하면서 이루어질 수 있다. The entire cumulative database can be stored in the storage of the BMS itself, and the operation of the database can also be made using the hardware and software of the BMS itself. This can be done by exchanging
그리고, 이 충전 조건이 이루어지도록 전원장치의 제어 알고리즘을 변화시킨다(S60)). 변화 신호를 주기 위해 충전장치와 BMS 사이의 통신포트를 이용하여 신호 전달이 이루어질 수 있다. 제어 알고리즘을 변화시키기 위해 전원 장치에 단순히 현재 요구되는 충전 전압이나 충전 전류 혹은 전지 용량 및 충전률(SOC)을 입력하여 설정치 변경을 하는 것도 생각할 수 있다. Then, the control algorithm of the power supply device is changed so that this charging condition is fulfilled (S60)). Signal transmission can be made using a communication port between the charging device and the BMS to give a change signal. In order to change the control algorithm, it is also conceivable to change the set value by simply inputting the currently required charging voltage or charging current, or the battery capacity and charging rate (SOC) to the power supply.
충전 조건은 이차전지 충전 완료 예정시점까지의 시간 동안의 충전 계획인 충전 프로그램 혹은 충전 프로파일 형태로 주어질 수 있다(C). 전원장치의 제어 알고리즘이 일단 변화되면 이 제어 알고리즘에 의해 전원장치는 충전 조건에 맞는 전압, 전류를 이차전지에 인가하게 된다.The charging condition may be given in the form of a charging program or charging profile, which is a charging plan for a time until the scheduled time of completion of charging the secondary battery (C). Once the control algorithm of the power supply is changed, the power supply applies the voltage and current that meet the charging conditions to the secondary battery by this control algorithm.
본 실시예에서 BMS는 회로에 내장된 시스템 상태 관측 알고리즘은 완충이 이루어질때까지 일정 시간 주기로 이차전지의 전류, 전압 온도와 같은 데이터를 획득하도록 이루어지므로 이런 제어 알고리즘의 변화도 이 일정 시간 주기로 이루어질 수 있다. 이와 같이 주기적으로 완충의 조건이 만족되는 지 판단하여 완충 조건이 충족되지 않으면 이상 동작을 반복하게 된다(S70). In this embodiment, the system state observation algorithm built into the BMS circuit is configured to acquire data such as the current, voltage and temperature of the secondary battery in a certain time period until the buffer is fully charged, so this change in the control algorithm can also be made in this certain period of time. there is. As described above, it is periodically determined whether the buffering condition is satisfied, and if the buffering condition is not satisfied, the abnormal operation is repeated (S70).
완충 조건은 은 BMS의 알고리즘에서 일정 시간 주기로 가령 이차전지 전압이 일정 전압 이상이 되는지, 이차전지 내부로 입력되는 전류가 일정 수준 이하로 되는지 등의 설정조건 만족 여부를 감지하는 것으로 판단할 수 있다. 완충 조건이 만족되면 완충신호가 발생하여 전원장치에 전달되고 전원장치는 스위칭을 통해 충전을 중단하도록 한다(S80).The buffer condition can be determined by detecting whether the set condition is satisfied, such as whether the secondary battery voltage exceeds a certain voltage or the current input into the secondary battery falls below a certain level at a certain time period in the BMS algorithm. When the buffer condition is satisfied, a buffer signal is generated and transmitted to the power supply device to stop charging through switching (S80).
한편, BMS에서 측정한 온도, 전압, 전류 데이터 및 이를 이용하여 SOH를 얻은 상태에서, 현재 이차전지의 SOC에 맞는 최적의 충전 조건을 찾는 예로써, F 값(전압의 변화량에 따른 SOC의 변화량 비율)들을 충전비(C-rate: Current-rate)들 및 SOC들에 매핑시킨 F 매핑(Mapping) 관계를 획득하고 SOC 및 F 매핑 관계에 기초하여, 배터리를 충전시키기 위한 해당 SOC에 대한 충전비 혹은 SOC별 충전비(C-rate)들의 시퀀스 형태로 전원장치에 전달하여 제어 알고리즘을 업데이트하기 위한 충전 프로그램 혹은 충전 프로파일을 생성하는 형태를 생각할 수 있다. 이때, SOC별 충전비(C-rate)들의 시퀀스 형태로 충전 프로파일을 얻기 위해서는 현재 SOC에 대한 충전비 수치를 얻고, 현재 SOC의 다음 순서의 SOC에 대응하는 F 값들을 차례로 추출하는 과정과, 데이터 베이스의 F 값과 충전비 함수관계에 의해 F 값들에 대한 충전비들을 차례로 얻는 과정을 거치게 된다. 이런 시퀀스는 프로그램 형태로 전달되어 전원장치의 제어 알고리즘에 반영되어 전원장치는 타임스케쥴에 의해 해당 시간에 변화하는 충전비로 충전을 실시하게 된다.On the other hand, as an example of finding the optimal charging condition for the current SOC of the secondary battery with temperature, voltage, and current data measured by the BMS and the SOH obtained using the data, the F value (the ratio of the amount of change of SOC according to the amount of change of voltage) ) to obtain the F mapping relationship mapped to the charging ratios (C-rate: Current-rate) and SOCs, and based on the SOC and F mapping relationship, the charging ratio for the corresponding SOC for charging the battery or A form of generating a charging program or charging profile for updating the control algorithm by transmitting the C-rates for each SOC to the power supply in the form of a sequence may be considered. At this time, in order to obtain a charging profile in the form of a sequence of charging ratios (C-rates) for each SOC, a process of obtaining a numerical value of the charging ratio for the current SOC and sequentially extracting F values corresponding to the SOC of the next order of the current SOC; A process of sequentially obtaining the filling ratios for the F values according to the relationship between the F value of the base and the filling ratio is performed. This sequence is transmitted in the form of a program and reflected in the control algorithm of the power supply, and the power supply is charged with a charging ratio that changes at the corresponding time according to the time schedule.
이때 구체적 충전방법을 어떻게 선택할 것인가는 기존에 알려진 충전방법의 장단점과 특성을 이용하여 이루어질 수 있으며 전원장치의 하드웨어 및 소프트웨어가 뒷받침되는 한도 내에서 다양한 충전방법의 시간대별 혹은 일정 조건 기준에 따른 전환도 가능할 수 있다.At this time, how to select a specific charging method can be made by using the advantages and disadvantages of known charging methods and the degree of conversion of various charging methods by time period or according to certain conditions within the limit supported by the hardware and software of the power supply device. It may be possible.
다음 실시예는 전지 셀이 복수개 직렬 결합되어 이루어지는 전지모듈에서 전지 셀별 변이를 감안하여 목표별 최적 충전을 이루는 실시예를 살펴본다. In the following embodiment, in a battery module in which a plurality of battery cells are serially coupled, an embodiment in which optimal charging is achieved for each target in consideration of variation for each battery cell will be described.
여기서도 회로구성을 통해 전지모듈을 이루는 각 전지 셀의 전압, 전류, 온도를 측정할 수 있고, 능동방식의 전지 셀 전압 균등 제어장치가 구비되었다고 생각한다. 셀 전압 균등 제어장치는 셀 투 셀(cell to cell) 방식으로 셀 간 전압 균등을 이룰 수 있다.Here too, it is possible to measure the voltage, current, and temperature of each battery cell constituting the battery module through the circuit configuration, and it is considered that an active battery cell voltage equalization control device is provided. The cell voltage equalization control apparatus may achieve cell-to-cell voltage equalization in a cell-to-cell manner.
이러한 균등 제어는 좁게 보면 제어 과정에서 특히 수동 균등화의 경우 무용의 에너지 소모가 커지는 문제가 있고, 능동 균등화의 경우라도 그 과정에서 충전시간을 많이 소요할 수 있다는 문제가 있지만 균등 제어를 하지 않고 방치할 경우, 일부 전지 셀이 과충전되거나 과방전되어 전체 전지모듈의 사용효율이 낮아지고, 충방전 과정에서 일부 셀에 회복불가능한 손상이 누적되어 전지모듈의 수명을 급격히 낮출 수 있으므로 필수적인 것인데, 어떤 방식으로 균등화가 이루어지는가에 따라 전지 셀 수명을 연장시키고 충전시간을 줄이는 효과를 가질 수 있다. In the narrow view of such equalization control, there is a problem that useless energy consumption increases in the control process, especially in the case of passive equalization, and even in the case of active equalization, there is a problem that it takes a lot of charging time in the process. In this case, some battery cells are overcharged or overdischarged, which lowers the usage efficiency of the entire battery module, and irreversible damage is accumulated in some cells during the charging and discharging process, which is essential because the lifespan of the battery module can be drastically reduced. Depending on whether or not is made, it may have the effect of extending the battery cell life and reducing the charging time.
본 실시예의 셀 전압 균등 제어장치가 구비된 구성에서 BMS는 충전 과정에서 일정 주기마다 셀의 전압을 측정하므로 셀 사이의 전압 불균형을 추출할 수 있다. 가령, 가장 셀 전압이 높은 셀과 가장 셀 전압이 낮은 셀의 전압차가 일정 한계를 넘는 경우를 검출할 수 있고 이때의 해당 셀들의 전압, 전류, 온도를 확인할 수 있다. 전압차의 한계는 이차전지의 특성 및 안전성을 고려하여 셀 전압이 높은 셀의 전압값 혹은 충전율에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 이런 높은 전압값과 전압차 한계 사이의 관계는 그래프 형태로 입력되어 설정될 수 있다.In the configuration provided with the cell voltage equalization control device of the present embodiment, the BMS measures the voltage of the cell at regular intervals during the charging process, so that the voltage imbalance between the cells can be extracted. For example, a case in which a voltage difference between a cell having the highest cell voltage and a cell having the lowest cell voltage exceeds a certain limit may be detected, and the voltage, current, and temperature of the corresponding cells may be checked at this time. The voltage difference limit can be set differently depending on the voltage value or the charging rate of a cell with a high cell voltage in consideration of the characteristics and safety of the secondary battery, and the relationship between this high voltage value and the voltage difference limit is input in the form of a graph and set can be
또한, 앞선 예의 셀 전압, 전류, 온도 측정 데이터를 검출하여 데이터 베이스화하는 과정에 더하여 충전시 셀 사이의 불균형을 나타내는 데이터 검출 및 이에 대한 데이터 베이스화, 다른 데이터들과의 상관관계 추출이 이루어질 수 있다.Also, in addition to the process of detecting and forming a database of the cell voltage, current, and temperature measurement data of the previous example, data indicating an imbalance between cells during charging, data baseization thereof, and correlation with other data may be extracted.
그리고, 전압 불균형과 같은 충전 불균형이 검출되면 셀 전압 균등 제어장치가 이에 대한 시정 동작을 할 수 있도록 불균형 시정 알고리즘을 가동한다. 가령, BMS에서 전압 불균형이 추출되면 충전장치에 전달되어 통상적 충전은 중지되고 셀 사이의 불균형 시정을 위한 능동방식의 전지 셀 전압 균등 제어장치에서 정해진 셀 불균형 시정 알고리즘에 의해 불균형 시정이 이루어진다. Then, when a charge imbalance such as a voltage imbalance is detected, the imbalance correction algorithm is operated so that the cell voltage equalization control device can correct it. For example, when the voltage imbalance is extracted from the BMS, it is transmitted to the charging device to stop normal charging, and the imbalance correction is performed by the cell imbalance correction algorithm determined in the active battery cell voltage equalization control device for correcting the imbalance between cells.
이를 위해 셀 전압 균등 제어장치는 가령 최고 전압 셀의 출력을 받아 최전 전압 셀에 전류를 공급할 수 있는 컨버터 회로 및 스위칭 장치를 구비할 수 있으며, 컨버터 회로는 불균형 시정 시간을 줄이기 위해 일정 범위 내의 변압을 통한 전압 조정 기능을 가지는 것일 수 있다.To this end, the cell voltage equalization control device may include, for example, a converter circuit and a switching device capable of receiving the output of the highest voltage cell and supplying a current to the highest voltage cell, and the converter circuit controls the voltage within a certain range to reduce the imbalance correction time. It may have a voltage adjustment function through the
전압 조정 기능은 불균형 시정 알고리즘이 데이터 베이스를 통해 전지 셀의 현재 전압, 온도 상태에서 가장 효율적인 전류량을 얻어내어 불균형 조정 과정에 적용하는 방식으로 이루어질 수 있고, 이는 낮은 전압을 가진 전지 셀에 대해서는 조정 과정 내에서 일종의 충전 프로파일(충전 프로그램)을 정하는 것으로 생각될 수 있다. The voltage adjustment function can be performed in such a way that the imbalance correction algorithm obtains the most efficient amount of current from the current voltage and temperature state of the battery cell through the database and applies it to the imbalance adjustment process. It can be thought of as defining a kind of charging profile (charging program) within
불균형 시정을 위한 과정은 전압차가 정해진 일정 값 이하가 되거나 셀 사이에 흐르는 전류가 일정 수준보다 낮게 되는 시점에서 종료하고, 중단된 충전과정이 다시 이루어질 수 있다.The process for correcting the imbalance is terminated when the voltage difference becomes less than or equal to a predetermined value or when the current flowing between the cells becomes lower than a predetermined level, and the stopped charging process can be performed again.
물론, 불균형 시정 과정의 각 셀에 대해 측정한 충방전 데이터나 그 변화 추이 및 소요시간은 균등화 조정 데이터 베이스 형태로 저장되어 균등화 조정 과정이 이루어질때마다 균등화 조정 데이터 베이스를 업데이트하는 데 사용될 수 있고, 이런 업데이트를 통해 이후의 충전 과정에서 발생하는 불균형 시정을 위한 최적 충전 프로파일(조정 프로파일)을 정하는 과정에서 근거자료가 될 수 있다.Of course, the charging/discharging data measured for each cell in the imbalance correction process, its change trend, and the required time are stored in the form of an equalization adjustment database and can be used to update the equalization adjustment database whenever the equalization adjustment process is performed, Through this update, it can serve as a basis for determining the optimal charging profile (adjustment profile) for correcting the imbalance occurring in the subsequent charging process.
한편, 이런 이차전지의 충전에서 제한조건으로 개별 전지 셀의 전압, 전류, 온도를 사용하고, 불균형 시정 과정과 전체적 충전 과정 사이의 전환을 이룰 수 있지만, 전체적 충전 과정에서는 개별 전지 셀의 전압, 전류, 온도에 따른 충전보다는 결합된 상태의 전체적 전지모듈의 전압, 전류, 기준점 온도, 추정 충전율을 얻고 충전 상태를 조절하는 것이 합리적일 수 있다. On the other hand, in the charging of such secondary batteries, voltage, current, and temperature of individual battery cells are used as limiting conditions, and a transition between the imbalance correction process and the overall charging process can be achieved, but in the overall charging process, the voltage and current of individual battery cells , it may be reasonable to obtain the voltage, current, reference point temperature, and estimated charge rate of the overall battery module in the combined state and to adjust the state of charge rather than charging according to the temperature.
즉, 전체적 전지 모듈의 전압, 전류, 기준점 온도를 측정하고 이 데이터를 바탕으로 전체적 전지 모듈의 충전율 기타 전지 상태를 추정하고, 이 전지 상태를 기준으로 이차전지 특성과 파라미터간 상관관계, 데이터 베이스를 작성하고, 특정 상태에서 충전 목표달성을 위한 가장 적합한 충전 조건, 가령 충전비(C-rate) 시퀀스를 얻어 이를 충전 프로파일로 하고, 이 충전조건에 따라 충전장치에서 충전이 이루어질 수 있도록 제어 알고리즘을 충전 기간 동안 지속적으로 업데이트하여 충전을 조절할 수 있다. That is, the voltage, current, and reference point temperature of the overall battery module are measured, the charge rate of the overall battery module and other battery states are estimated based on this data. Based on this battery state, the correlation between secondary battery characteristics and parameters, and the database Write, obtain the most suitable charging condition for achieving the charging target in a specific state, for example, the charging ratio (C-rate) sequence, use this as a charging profile, and charge the control algorithm so that charging can be performed in the charging device according to the charging condition You can adjust the charge by continuously updating it over a period of time.
도3은 본 발명에서 사용될 수 있는 셀 전압 균등 제어장치의 일 예를 나타낸다. 3 shows an example of a cell voltage equalization control device that can be used in the present invention.
여기서도 전지 셀은 복수 개(1~N)가 직렬로 연결되어 전지 모듈을 이루고 있고, 충전 전원(1)은 전지 모듈 전체와 연결된다. 여기서는 전지 셀 1에 대해서만 ISC와 연결된 것처럼 도시되지만 모든 전지 셀 각각이 전지 셀 1에 대해 도시된 것과 같이 ISC(Isolated Switching Circuit: 9)와 병렬로 연결되고, ISC는 각각 전원(1) 및 MUX(5)와 연결되어 있다. Here too, a plurality of (1 to N) battery cells are connected in series to form a battery module, and the charging
MCU(3)는 연산부(31)와 데이터 및 프로그램을 저장하는 저장부(33)를 구비하여 필요한 충반전 과정에서 관련 데이터를 획득하고, 프로그램에 따라 연산을 거쳐 필요한 명령을 보내면서 MUX(5)를 통해 필요한 스위칭을 실시한다. The
MUX(5)는 ISC(9)를 통해 해당 전지 셀의 충반전을 조절하며, ADC(7)는 MCU의 신호를 받아 기준 전압(8)을 참조하여 MUX(5)에 필요한 디지털 신호를 보낼 수 있다. The MUX(5) controls the charging and discharging of the corresponding battery cell through the ISC(9), and the ADC(7) receives the signal from the MCU and refers to the reference voltage (8) to send the necessary digital signal to the MUX(5). there is.
여기서 각 전지 셀은 단일 전지 셀이 아니고 실제로는 단일 전지 셀 복수 개가 병렬로 연결된 것일 수 있고, ISC(9)는 이런 병렬 셀 사이의 전압의 균등화 기능을 수행할 수 있다. Here, each battery cell is not a single battery cell, but a plurality of single battery cells may be connected in parallel, and the ISC 9 may perform a voltage equalization function between these parallel cells.
다른 실시예로 전지 셀이 복수개 병렬 결합되어 이루어지는 전지모듈에서 전지 셀별 변이를 감안하여 목표별 최적충전을 이루는 실시예를 들 수 있다.As another embodiment, in a battery module in which a plurality of battery cells are combined in parallel, an embodiment in which optimal charging is achieved for each target in consideration of variation for each battery cell may be exemplified.
이런 실시예는 앞선 전지 셀이 복수 개 직렬로 결합된 경우와 비교할 때 별도의 셀 전압 균등 제어장치가 없어도 장기적으로는 병렬결합의 특성상 전압이 균등화되는 구성을 가지므로 균등화 제어의 필요성이 크지 않지만 일시적으로 전지 셀의 특성에 의해 전지 셀별 전압, 전류, 온도 차이가 허용한도 이상 발생할 수 있으므로 역시 균등화 제어가 필요할 수 있다.This embodiment has a configuration in which voltage is equalized due to the characteristics of parallel coupling in the long term even without a separate cell voltage equalization control device compared to the case in which a plurality of battery cells are coupled in series, so the need for equalization control is not large, but temporarily Therefore, due to the characteristics of the battery cells, the voltage, current, and temperature difference for each battery cell may occur more than an allowable limit, so equalization control may also be required.
따라서, 이런 실시예에서도 앞선 실시예와 비슷한 개념과 과정을 거쳐 충전 과정 및 불균형 시정 알고리즘에 의한 균등화 제어 과정을 전환해가면서 충전을 수행할 수 있다. Accordingly, in this embodiment, charging can be performed while switching between the charging process and the equalization control process by the imbalance correction algorithm through a concept and process similar to those of the previous embodiment.
단, 여기서는 병렬 결합의 특성을 이용하여, 전지 셀별로 병렬 결합에서 스위칭을 통해 결합을 해제할 수 있도록 셀 전압 균등 제어장치가 형성된 경우, 전체 전지모듈 충전 중에도 최대 전압 전지 셀과 최소 전압 전지 셀 사이의 전압 차가 일정 이상 되면 충전을 하면서 최대 전압 전지 셀을 연결하는 스위치를 열어 충전이 되지 않도록 하고 최소 전압 전지 셀의 충전 상태에 가장 적합한 충전 조건을 적용하여 충전을 실시함으로써 균등 제어를 위한 전지모듈 충전과정의 중단이 없거나 줄어들게 할 수 있다.However, here, using the characteristics of parallel coupling, when the cell voltage equalization control device is formed to release the coupling through switching in parallel coupling for each battery cell, the maximum voltage between the maximum voltage battery cell and the minimum voltage battery cell even during charging of the entire battery module When the voltage difference of Interruptions in the process can be either non-existent or reduced.
이런 경우에도 전지 셀 사이의 측정 파라미터를 주기적으로 측정하고, 상태를 추정 및 비교하여 일반적 충전 과정과 병행되는 균등 제어 과정의 실시 및 중단을 결정하여 최적의 충전 조건에 의해 충전 목표 달성, 가령 최단 시간 내의 급속 충전이 이루어지도록 한다.Even in this case, the measurement parameters between the battery cells are periodically measured, and the state is estimated and compared to determine whether to execute or stop the equalization control process in parallel with the normal charging process to achieve the charging target under the optimal charging conditions, for example, the shortest time. Allows for rapid charging within.
이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. In the above, the present invention has been described through limited examples, but these are only illustratively described to help the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these specific examples.
따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various changes or application examples based on the present invention, and it is natural that such modifications or application examples belong to the appended claims.
1: 전원 3: MCU
5: MUX 7: ADC
9: ISC1: Power 3: MCU
5: MUX 7: ADC
9: ISC
Claims (4)
상기 충전 데이터 및 방전 데이터를 처리하여 충전율(SOC: State Of Charge)를 포함하는 이차전지의 현재 상태나 특성을 파악하고,
충전 중에 충전완료시까지 주기적으로 상기 충전 데이터를 획득하여 이차전지의 현재 상태 및 특성에 맞는 충전 프로그램 업데이트를 실시하고,
업데이트된 충전 프로그램에 따라 충전을 실시하되,
상기 이차전지는 복수의 단위 전지 셀이 결합된 전지모듈의 형태를 이루고,
BMS가 충전 중에 충전완료시까지 주기적으로 상기 복수의 단위 전지 셀에 대해 상기 충전 데이터를 획득하면서 상기 복수의 단위 전지 셀 사이의 최대 전압과 최소 전압 사이의 전압 차를 검출하여 상기 충전 데이터와 함께 데이터 베이스로 저장하고,
상기 전압 차가 일정 값을 초과하는지 확인함으로써 전지 셀 사이의 전압 불균형 상태를 확인하고,
전압 불균형 상태가 확인되면 외부전원을 이용한 충전장치의 충전을 중단시키고 셀 전압 균등 제어장치를 가동시켜 균등 조정 프로파일에 의해 셀 투 셀 방식의 능동 조정(균등화)을 실시하고,
상기 셀 전압 균등 제어장치에 의한 균등 조정 과정에서도 상기 BMS가 조정 관련 전지 셀들의 충전 데이터를 일정 주기로 획득하여 데이터 베이스에 저장함으로써 셀 전압 균등화 제어 관련 데이터 베이스를 업데이트하고,
상기 업데이트된 데이터 베이스를 근거로 새로운 균등 조정 프로파일을 얻고 상기 새로운 균등 조정 프로파일에 따른 균등 조정 과정을 이어가고,
상기 균등 제어장치에 설정한 조정 완료 조건이 달성되면 균등 조정 과정을 마치고 중단된 충전 과정을 이어가며,
상기 셀 투 셀 균등 조정을 위한 셀 전압 균등 제어장치는 최고 전압 셀의 출력을 받아 최저 전압 셀에 전류를 공급하는 컨버터 회로 및 스위칭 장치를 포함하되, 상기 컨버터 회로는 불균형 시정 시간을 줄이기 위해 일정 범위 내의 변압을 통한 전압 조정 기능을 가지며,
상기 전압 불균형 상태가 확인되면 상기 전지모듈을 이루는 개별 전지 셀의 충전 시간의 적어도 일부 기간에서 충전비(C-rate)를 서로 다르게 충전을 실시하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충전 방법.Acquire charging data and discharging data including temperature, voltage, and current while using the secondary battery,
Process the charging data and discharging data to determine the current state or characteristics of the secondary battery including the state of charge (SOC),
During charging, the charging data is acquired periodically until the charging is complete, and the charging program is updated according to the current state and characteristics of the secondary battery,
Charge according to the updated charging program,
The secondary battery forms a battery module in which a plurality of unit battery cells are combined,
The BMS detects the voltage difference between the maximum voltage and the minimum voltage between the plurality of unit battery cells while periodically acquiring the charging data for the plurality of unit battery cells until the charging is completed during charging, and is based on the charging data together with the charging data. save as,
Check the voltage imbalance between the battery cells by checking whether the voltage difference exceeds a certain value,
When the voltage imbalance condition is confirmed, the charging of the charging device using an external power source is stopped and the cell voltage equalization control device is operated to perform active adjustment (equalization) of the cell-to-cell method according to the equalization profile,
In the process of equalization adjustment by the cell voltage equalization control device, the BMS acquires the charging data of the adjustment-related battery cells at a certain period and stores it in the database to update the cell voltage equalization control-related database,
Obtaining a new equalization profile based on the updated database and continuing the equalization process according to the new equalization profile,
When the adjustment completion condition set in the equalization control device is achieved, the equalization adjustment process is completed and the stopped charging process is continued,
The cell voltage equalization control device for cell-to-cell equalization includes a converter circuit and a switching device for receiving the output of the highest voltage cell and supplying a current to the lowest voltage cell, wherein the converter circuit has a predetermined range in order to reduce an imbalance correction time. It has the function of adjusting the voltage through the internal transformation,
The secondary battery charging method, characterized in that when the voltage imbalance state is confirmed, charging the individual battery cells constituting the battery module at a different charging rate (C-rate) during at least a partial period of the charging time.
충전 전에 이차전지의 BMS 내의 설정을 달리하여 충전 목표를 수정하여 상기 충전 목표에 맞는 종류의 충전 프로그램을 선택하고, 상기 충전 프로그램에 따라 충전을 실시하며,
상기 업데이트는 선택된 상기 충전 프로그램에 대해 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 충전 방법.2. The method of claim 1
Before charging, by changing the setting in the BMS of the secondary battery to modify the charging target, select a type of charging program that meets the charging target, and perform charging according to the charging program,
The update is a secondary battery charging method, characterized in that made for the selected charging program.
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