KR102646533B1 - Battery cell charging/discharging device using SoH information and the method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬 연결된 배터리 셀들의 SoH(State of Health) 정보를 이용하여 특정 배터리 셀로 공급되는 충전전류를 바이패스 하는 배터리 셀의 충방전 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명의 충방전 장치는, 직렬 연결된 복수 개의 배터리 셀들을 충전하는 동안, 상기 배터리 셀 마다 자신의 이전 SoH 용량을 초과하는 배터리 셀을 선택하여, 공급되는 충전 전류를 바이패스 시키도록 구성된다. 이에 따라 종래에 충전 전압만을 고려하여 배터리 셀을 충전할 경우 과열로 인해 화재가 발생했던 문제들을 방지할 수 있는 이점이 있다.The present invention proposes a battery cell charging and discharging device and method that bypasses the charging current supplied to a specific battery cell using SoH (State of Health) information of series-connected battery cells. The charging and discharging device of the present invention is configured to bypass the supplied charging current by selecting a battery cell exceeding its previous SoH capacity for each battery cell while charging a plurality of battery cells connected in series. Accordingly, there is an advantage in preventing problems that conventionally caused fire due to overheating when charging battery cells only considering the charging voltage.

Description

SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 장치 및 방법{Battery cell charging/discharging device using SoH information and the method thereof}Battery cell charging/discharging device using SoH information and the method thereof}

본 발명은 직렬 연결된 배터리 셀들의 SoH(State of Health) 정보를 이용하여 특정 배터리 셀로 공급되는 충전전류를 바이패스 시킴으로써 과충전으로 인해 발생하는 배터리 화재 등을 방지할 수 있도록 한 배터리 셀의 충방전 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention is a battery cell charging and discharging device that prevents battery fires caused by overcharging by bypassing the charging current supplied to a specific battery cell using SoH (State of Health) information of series-connected battery cells; and It's about method.

배터리 팩(battery pack)은 수십 내지 수백 개의 배터리 셀(battery cell)들을 하나로 합쳐 특정 역할이나 기능을 수행할 수 있도록 제조된다. 그리고 배터리 셀은 반복적인 충/방전 과정에 의해 재사용이 가능하기 때문에 배터리 팩은 일정 수준 이상의 성능이 유지될 때까지 계속 사용이 가능하다. Battery packs are manufactured by combining dozens to hundreds of battery cells into one to perform a specific role or function. And because battery cells can be reused through repeated charging/discharging processes, the battery pack can be used continuously until performance is maintained above a certain level.

그런데 배터리 셀을 직렬로 연결할 경우 배터리 셀 간의 언밸런스(불균형)가 발생한다. 이러한 배터리 셀 간의 언밸런스는 배터리 수명과 직결되기 때문에 이를 최소화하거나 방지하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어 특정 배터리 셀의 수명이 줄어든 상태에서 충/방전을 계속 반복하게 되면, 상황에 따라 과충전, 과방전 등의 문제가 발생할 수 있다. 그리고 이처럼 배터리 셀의 수명 상태를 고려하지 않고 충전을 할 경우 과충전으로 인한 화재사고가 초래될 수 있다. However, when battery cells are connected in series, unbalance between battery cells occurs. Since this unbalance between battery cells is directly related to battery life, it is very important to minimize or prevent it. For example, if charging/discharging is repeated while the lifespan of a specific battery cell is shortened, problems such as overcharging and overdischarging may occur depending on the situation. And if you charge without considering the lifespan of the battery cell, a fire accident may occur due to overcharging.

종래에 배터리 셀들의 밸런싱 방법은 충전상태(SoC: State of Charge)만을 고려하여 충방전 동작을 제어 하는 방식이다. 상기 SoC를 이용한 충방전 방식은 직렬 연결된 배터리 셀들 중, 주위의 배터리 셀과 비교하여 특정 배터리 셀의 전압이 높은 경우에 그 셀 전압이 높은 배터리 셀을 패시브(passive) 방식으로 방전(또는 bypass)시켜서 셀 밸런싱을 수행하는 방식이다. Conventionally, the balancing method of battery cells is a method of controlling charging and discharging operations considering only the state of charge (SoC). The charging and discharging method using the SoC passively discharges (or bypasses) the battery cell with the higher cell voltage when the voltage of a specific battery cell is higher than that of the surrounding battery cells among the battery cells connected in series. This is a method of performing cell balancing.

하지만, 이러한 밸런싱 방법으로는 배터리 셀의 화재사고를 효과적으로 방지할 수 없었다. 예를 들면, 배터리 셀의 임상실험 결과, 배터리 셀의 SoC 및 SoH가 5% 미만일 경우, 셀 전압이 1.5V에서 충전을 계속 할 경우 화재가 발생한 경우도 있다. 다른 예로 배터리 셀 전압이 3.9V에서 충전전류를 흐르지만 전압은 더 이상 상승하지 않아 충전이 안되고 100℃ 이상의 열만 발생하여 화재로 이어지는 경우도 있었다. 이는 종래 배터리 셀 밸런싱 방식이 SoC 개념으로 전압만 고려하여 충방전을 수행되기 때문이다. However, this balancing method could not effectively prevent fire accidents in battery cells. For example, as a result of clinical trials of battery cells, if the SoC and SoH of the battery cell were less than 5%, fire may occur if charging continued at a cell voltage of 1.5V. In another example, there was a case where the battery cell voltage was 3.9V and the charging current flowed, but the voltage did not rise any further, so charging was not possible and only heat exceeding 100℃ was generated, leading to a fire. This is because the conventional battery cell balancing method uses the SoC concept to perform charging and discharging considering only voltage.

반면 배터리 셀의 화재 발생은 단순히 과전압에 의해 발생하는 것이 아니고 배터리 셀의 허용용량(한계), 즉 SoH를 초과하기 때문에 발생하는 것일 수 있다. 그래서 배터리 셀의 화재 발생을 방지하기 위해서는 배터리 셀의 SoH에 따라 일정 전압 이하에서도 충분한 값을 바이패스 시키는 방안이 절대적으로 필요하다. On the other hand, a fire in a battery cell is not simply caused by overvoltage, but may be caused by exceeding the allowable capacity (limit) of the battery cell, that is, SoH. Therefore, in order to prevent battery cell fires, it is absolutely necessary to have a way to bypass a sufficient value even below a certain voltage depending on the SoH of the battery cell.

한국등록특허 10-1028019호(하이브리드 차량의 배터리 충전량 밸런싱 방법)Korean Patent No. 10-1028019 (Battery charge balancing method for hybrid vehicles) 한국등록특허 10-1755911호(차량용 배터리의 충전상태 추정 장치 및 그 방법)Korean Patent No. 10-1755911 (Device and method for estimating the state of charge of a vehicle battery)

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 직렬 연결된 각각의 배터리 셀의 SoH 정보를 기초로 하여 자신의 허용용량을 초과하거나 초과할 가능성이 존재하는 특정 배터리 셀을 바이패스 시켜 충방전 동작을 제어하는 충방전 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the above problems, by bypassing specific battery cells that exceed or have the possibility of exceeding their allowable capacity based on the SoH information of each battery cell connected in series. The object is to provide a charging and discharging device and method for controlling charging and discharging operations.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 장치는, 직렬 연결된 복수 개의 배터리 셀; 충전 동작 동안, 상기 배터리 셀 마다 이전 SoH 용량을 계산하고, 상기 계산된 이전 SoH 용량을 초과하는 배터리 셀을 대상으로 충전 전류를 바이패스 시키도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.To achieve this purpose, a battery cell charging and discharging device using SoH information according to an embodiment of the present invention includes a plurality of battery cells connected in series; During a charging operation, it is configured to include a control unit that calculates the previous SoH capacity for each battery cell and controls to bypass the charging current for battery cells exceeding the calculated previous SoH capacity.

상기 이전 SoH 용량은, 상기 배터리 셀들의 이전 충/방전 사이클을 기초로 계산되며, 상기 SoH 용량은 전압 및 전류를 시간으로 적분한 값이다.The previous SoH capacity is calculated based on the previous charge/discharge cycle of the battery cells, and the SoH capacity is a value obtained by integrating voltage and current over time.

상기 충/방전 사이클은, 적어도 1회 이상 수행하여 배터리 셀들의 충전 상태(SoC)가 80%가 되게 충전한 후 배터리 셀들의 SoH 용량 정보를 획득하는 것이다.The charge/discharge cycle is performed at least once to charge the battery cells to a state of charge (SoC) of 80% and then obtain SoH capacity information of the battery cells.

상기 충전 동작 동안 이전에 바이패스가 수행된 적 있는 조건에 대한 패턴 정보를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 패턴 정보가 발생한 배터리 셀을 미리 바이패스 한다.It further includes pattern information on conditions in which bypass has previously been performed during the charging operation, and the control unit previously bypasses the battery cell in which the pattern information has occurred.

상기 제어부는, 배터리 셀들 중 상기 SoH 용량이 낮아진 배터리 셀의 충전량을 낮아진 SoH 용량만큼 낮춰 충전한다.The control unit charges the battery cells whose SoH capacity is lowered by lowering the charge amount by the lowered SoH capacity.

상기 제어부는, 상기 배터리 셀들 중, 상기 SoH 용량이 가장 낮은 배터리 셀이나 다른 주변 배터리 셀 대비 SoH가 상대적으로 낮은 배터리 셀을 선택하여 충전전류를 바이패스 할 수 있다.The control unit may bypass the charging current by selecting a battery cell with the lowest SoH capacity or a battery cell with a relatively low SoH compared to other surrounding battery cells among the battery cells.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 장치는, 직렬 연결된 배터리 셀들의 SoH 용량에 따라 어느 하나의 배터리 셀로 공급되는 충전 전류가 바이패스 되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 충방전 장치이고, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리 셀들마다 구비된 개별 BMS; 상기 개별 BMS가 관리하는 배터리 셀의 충방전 사이클 정보를 이용하여 충전동작 동안 이전 SoH 용량의 초과여부를 판단하는 판단부; 상기 판단결과에 따라 이전 SoH 용량을 초과한 배터리 셀을 바이패스 하는 제어부를 포함하여 구성된다.A battery cell charging and discharging device using SoH information according to another embodiment of the present invention includes a controller that controls the charging current supplied to one battery cell to be bypassed according to the SoH capacity of the battery cells connected in series. It is a device, and the controller includes: an individual BMS provided for each battery cell; a determination unit that determines whether the previous SoH capacity is exceeded during a charging operation using charge/discharge cycle information of the battery cell managed by the individual BMS; It is configured to include a control unit that bypasses battery cells that exceed the previous SoH capacity according to the determination result.

상기 SoH 용량은 전압 및 전류를 시간으로 적분한 값이다.The SoH capacity is a value obtained by integrating voltage and current over time.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 방법은, 배터리 셀을 충방전 하는 장치가, 직렬 연결된 배터리 셀들을 충전하는 동안 각 배터리 셀의 이전 SoH 용량을 초과하는지 판단하는 단계; 판단 결과에 따라 상기 이전 SoH 용량을 초과하는 배터리 셀을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 바이패스 하는 단계를 포함하여 수행된다.A method of charging and discharging a battery cell using SoH information according to another embodiment of the present invention includes a device for charging and discharging a battery cell to determine whether the previous SoH capacity of each battery cell is exceeded while charging battery cells connected in series. step; selecting a battery cell exceeding the previous SoH capacity according to the determination result; and bypassing the charging current supplied to the selected battery cell.

상기 이전 SoH 용량은, 상기 배터리 셀들의 이전 충/방전 사이클을 기초로 계산한다.The previous SoH capacity is calculated based on the previous charge/discharge cycle of the battery cells.

상기 바이패스 되는 배터리 셀은, 직렬 연결된 배터리 셀들 중 상기 SoH 용량이 가장 낮은 배터리 셀 또는 다른 배터리 셀 대비 상대적으로 SoH가 낮은 배터리 셀일 수 있다.The bypassed battery cell may be a battery cell with the lowest SoH capacity among battery cells connected in series or a battery cell with a relatively low SoH compared to other battery cells.

상기 바이패스가 수행된 적 있는 조건에 대한 패턴 정보를 더 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 배터리 셀의 충전 동작 동안 상기 패턴 정보가 발생하는 배터리 셀에 대해 충전전류를 미리 바이패스 하는 동작을 수행한다.Further comprising storing pattern information for conditions under which the bypass has been performed, and performing an operation of bypassing charging current in advance for a battery cell in which the pattern information occurs during a charging operation of the battery cell. do.

이와 같은 본 발명에 따르면, 직렬 연결된 배터리 셀들의 SoH 정보를 이용하여 배터리 셀의 충방전 동작을 제어하기 때문에, 기존에 배터리 셀의 충전 전압만을 고려하여 충전 했을 때 발생하는 화재 등을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 즉 충전 동작 동안 배터리 셀의 이전 SoH 용량을 초과할 경우 충전 전류가 더 이상 공급되지 않도록 바이패스 시킴으로써, 항상 배터리 셀의 허용용량 범위 내에서 충전이 수행되게 하는 것이다. According to the present invention, since the charging and discharging operation of the battery cell is controlled using the SoH information of the battery cells connected in series, it is possible to fundamentally prevent fires that occur when charging by considering only the charging voltage of the existing battery cell. There is a possible effect. In other words, if the previous SoH capacity of the battery cell is exceeded during the charging operation, the charging current is bypassed so that it is no longer supplied, so that charging is always performed within the allowable capacity range of the battery cell.

따라서 배터리 셀의 과열로 인한 화재 등을 방지할 수 있고, 이에 배터리 셀이 장착된 제품을 안전하게 사용할 수 있어 제품 경쟁력이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.Therefore, fires due to overheating of battery cells can be prevented, and products equipped with battery cells can be used safely, which can be expected to improve product competitiveness.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 장치를 이용한 충방전 방법을 설명하는 전체 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 배터리 셀의 충방전 동작을 설명하고 있는 흐름도들이다.
1 is a block diagram of a battery cell charging and discharging device using SoH information according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an overall flowchart explaining a charging and discharging method using a battery cell charging and discharging device using SoH information of the present invention.
3 to 6 are flowcharts explaining the charging and discharging operation of the battery cell of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can be modified in various ways and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명에서 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. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms such as below, beneath, lower, above, upper, etc. facilitate the correlation between one element or component and other elements or components as shown in the drawing. It can be used to describe. Spatially relative terms should be understood as terms that include different directions of the element during use or operation in addition to the direction shown in the drawings. For example, when an element shown in a drawing is turned over, an element described as below (below, beneath) another element may be placed above (upper) the other element. Accordingly, the illustrative term below may include both downward and upward directions. Elements can also be oriented in other directions, so spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

본 발명에서 사용되는 “부” 또는 “부분” 등의 일부분을 나타내는 표현은 해당 구성요소가 특정 기능을 포함할 수 있는 장치, 특정 기능을 포함할 수 있는 소프트웨어, 또는 특정 기능을 포함할 수 있는 장치 및 소프트웨어의 결합을 나타낼 수 있음을 의미하나, 꼭 표현된 기능에 한정된다고 할 수는 없으며, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As used in the present invention, expressions indicating a part such as “part” or “part” mean that the corresponding component is a device that can include a specific function, software that can include a specific function, or a device that can include a specific function. It means that it can represent a combination of and software, but it cannot be said that it is necessarily limited to the expressed functions. This is only provided to help a more general understanding of the present invention, and is provided to those with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains. Various modifications and variations are possible from this description.

또한, 본 발명에서 사용되는 모든 전기 신호들은 일 예시로서, 본 발명의 회로에 반전기 등을 추가적으로 구비하는 경우 이하 설명될 모든 전기 신호들의 부호가 반대로 바뀔 수 있음을 유의해야 한다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 신호의 방향에 한정되지 않는다.In addition, it should be noted that all electrical signals used in the present invention are examples, and if an inverter or the like is additionally provided in the circuit of the present invention, the signs of all electrical signals to be described below may be reversed. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the direction of the signal.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all things that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .

이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the drawings.

본 발명은 직렬 연결된 배터리 셀들을 충전하는 동안 이전 SoH 용량을 초과하는 배터리 셀을 실시간으로 판단한 후 충전전류를 바이패스 시키는 충방전 장치를 제안한 것이다. 그리고 본 명세서는 배터리 셀의 SoH 정보를 설명하면서 이를 배터리 셀의 SoH 용량, 허용용량, 잔존 수명 등과 같이 다양하게 표현하여 설명할 것이다. 즉 SoH 정보, SoH 용량, 허용용량, 잔존 수명 등은 모두 같은 의미로 사용되며, 이는 배터리 셀을 안전하게 충전할 수 있는 기준 정보가 되는 것이다.The present invention proposes a charging and discharging device that determines in real time which battery cells exceed the previous SoH capacity while charging series-connected battery cells and then bypasses the charging current. In addition, this specification will explain the SoH information of the battery cell by expressing it in various ways, such as the SoH capacity of the battery cell, allowable capacity, remaining life, etc. In other words, SoH information, SoH capacity, allowable capacity, remaining life, etc. are all used with the same meaning, and this becomes standard information for safely charging battery cells.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a battery cell charging and discharging device using SoH information according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 예의 충방전 장치(100)는 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(110a ~ 110n)을 구비하여 외부로부터 공급되는 전기 에너지를 저장하는 배터리 팩(110)을 포함한다. 배터리 셀(110a ~ 110n)의 개수는 배터리 전원을 사용하는 부하 용량에 따라 적정 개수가 제공될 것이다. 여기서 상기 배터리 셀(110a ~ 110n)은 다양한 재질(ex, 납, 인산철, 전고체 등)로 제조된 배터리일 수 있다. 물론 상기한 재질로 제조된 배터리 셀로 한정되지 않고 이외의 다른 재질로 제조되는 모든 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 즉 본 발명은 기존에 충전 전압만을 고려하여 충전 했을 때 발생 가능한 화재 위험성을 방지하기 위한 것으로, 재사용 가능한 모든 배터리 셀에 적용할 수 있도록 설계된 것이다.As shown in FIG. 1, the charging and discharging device 100 of this embodiment includes a battery pack 110 that has a plurality of battery cells 110a to 110n connected in series to store electrical energy supplied from the outside. An appropriate number of battery cells 110a to 110n will be provided depending on the load capacity using battery power. Here, the battery cells 110a to 110n may be batteries made of various materials (eg, lead, iron phosphate, all-solid, etc.). Of course, it is not limited to battery cells made of the above-mentioned materials and may include all battery cells made of other materials. In other words, the present invention is designed to prevent the risk of fire that may occur when charging only considering the existing charging voltage, and is designed to be applicable to all reusable battery cells.

본 실시 예는 각 개별 배터리 셀(110a ~ 110n)의 충방전 정보를 관리하는 개별 BMS(Battery Management System)(120a ~ 120n)을 포함할 수 있다. 일반적으로 개별 BMS(120a ~ 120n)는 배터리 셀(110a ~ 110n)의 충방전 동작을 관리하는 유닛이라 할 수 있다. 이에 기본적으로 개별 BMS(120a ~ 120n)는 배터리 셀(110a ~ 110n)의 용량, 상한/하한 전압, 최대 전류 한계값, 온도 한계 값의 기본 정보를 가진다. 그리고 개별 BMS(120a ~ 120n)는 배터리 셀(110a ~ 110n)의 동작에 따라 배터리 셀의 SoH를 평가하는데 필요한 자료들을 제공하기도 한다. 예컨대 제공되는 자료들은 충/방전 횟수(이전 및 누적 사이클 수), 최대/최소 전압, 총 사용시간 등을 포함할 수 있다. This embodiment may include an individual BMS (Battery Management System) (120a to 120n) that manages charge/discharge information of each individual battery cell (110a to 110n). In general, individual BMS (120a ~ 120n) can be said to be a unit that manages charging and discharging operations of battery cells (110a ~ 110n). Accordingly, each BMS (120a ~ 120n) basically has basic information of the capacity, upper/lower limit voltage, maximum current limit value, and temperature limit value of the battery cell (110a ~ 110n). And the individual BMS (120a ~ 120n) also provides data necessary to evaluate the SoH of the battery cell according to the operation of the battery cell (110a ~ 110n). For example, provided data may include charge/discharge number (previous and cumulative number of cycles), maximum/minimum voltage, total usage time, etc.

본 실시 예는 상기 개별 BMS(120a ~ 120n)가 제공하는 정보를 이용하여 이전 SoH 용량을 초과하는지 판단하는 판단부(130a ~ 130n)를 포함한다. 판단부(130a ~ 130n)는 각 배터리 셀들(110a ~ 110n)의 이전 SoH 용량 대비 현재 SoH 용량 정보를 비교하여 판단할 수 있다. 그리고 상기 SoH 용량은 배터리 셀(110a ~ 110n)의 충방전 사이클 정보를 이용하여 계산될 수 있다. 상기 SoH 용량은 배터리 셀(110a ~ 110n)의 Watt/Hour 정보를 이용한다. 즉 전압 및 전류를 시간으로 적분하고 이렇게 적분된 값을 이용하는 것으로, 이는 종래 충방전 동작시 충전 전압만을 고려하고 있는 것과는 차이가 있다. 도 1에서 판단부(130a ~ 130n)은 각 배터리 셀(110a ~ 110n)마다 구비되는 것으로 설명하고 있지만, 모든 배터리 셀(110a ~ 110n)과 연결된 하나의 판단부만을 구비하여 SoH 용량의 초과여부를 판단하도록 구성하는 것도 가능하다.This embodiment includes determination units 130a to 130n that determine whether the previous SoH capacity is exceeded using information provided by the individual BMSs 120a to 120n. The determination units 130a to 130n may determine the current SoH capacity information by comparing the previous SoH capacity information of each battery cell 110a to 110n. And the SoH capacity can be calculated using charge/discharge cycle information of the battery cells 110a to 110n. The SoH capacity uses Watt/Hour information of battery cells 110a to 110n. In other words, voltage and current are integrated over time and the integrated value is used, which is different from conventional charging and discharging operations that only consider the charging voltage. In FIG. 1, the determination units 130a to 130n are described as being provided for each battery cell 110a to 110n, but only one determination unit connected to all battery cells 110a to 110n is provided to determine whether the SoH capacity is exceeded. It is also possible to configure it to make a judgment.

본 실시 예는 판단 결과에 따라 자신의 현재 SoH 용량을 초과한 배터리 셀을 대상으로 하여 그 배터리 셀로 공급되는 충전전류를 바이패스 하는 제어부(140)를 포함한다. 여기서 제어부(140)는 본 발명의 충방전 장치(100)의 전체 동작을 제어하는 컨트롤러일 수 있다. This embodiment includes a control unit 140 that targets battery cells that exceed their current SoH capacity and bypasses the charging current supplied to the battery cells according to the determination result. Here, the control unit 140 may be a controller that controls the overall operation of the charging and discharging device 100 of the present invention.

그리고 제어부(140)는 이전에 바이패스가 수행된 적 있는 조건의 패턴 정보를 이용하여 바이패스가 실시되게 제어하는 것도 가능하다. 여기서 이전에 바이패스가 수행된 적 있다는 것은 해당 배터리 셀이 자신의 SoH 용량을 초과한 경우가 존재함을 의미하는 것이다. 본 실시 예는 이처럼 특정 배터리 셀에서 바이패스가 수행되도록 했던 조건들을 이용하여 다른 배터리 셀에도 적용할 수 있다. 따라서 상기 패턴 정보가 발생할 경우 대응하는 배터리 셀은 자신의 SoH 용량을 초과할 것으로 예상하고, 그 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 미리 바이패스 시킨다.Additionally, the control unit 140 can control bypass execution using pattern information of conditions under which bypass has previously been performed. Here, the fact that bypass has been previously performed means that there is a case where the battery cell exceeds its SoH capacity. This embodiment can be applied to other battery cells by using the conditions that allowed bypass to be performed in a specific battery cell. Therefore, when the pattern information occurs, the corresponding battery cell is expected to exceed its SoH capacity, and the charging current supplied to the battery cell is bypassed in advance.

한편 상기한 실시 예 설명에서 판단부(130) 및 제어부(140)를 별개의 구성으로 기재하고 있지만, 본 발명은 제어부(140)가 개별 BMS(120a ~ 10n)로부터 SoH 계산에 필요한 정보를 제공받아 계산 및 비교하고 바이패스 실시 여부를 판단하는 기능을 가지도록 구성하는 것도 가능하다. 또한 하드웨어 구성으로 설명하고 있지만 반드시 이에 국한되지는 않고, 프로그램이나 소프트웨어, 알고리즘 등의 다양한 방법으로 SoH 용량의 초과 여부를 판단하고 제어하도록 구성하는 것도 가능하다.Meanwhile, in the description of the above embodiment, the determination unit 130 and the control unit 140 are described as separate configurations, but in the present invention, the control unit 140 receives information necessary for SoH calculation from the individual BMSs 120a to 10n. It is also possible to configure it to have the function of calculating and comparing and determining whether to perform bypass. In addition, although it is explained as a hardware configuration, it is not necessarily limited to this, and it is also possible to configure it to determine and control whether the SoH capacity is exceeded using various methods such as programs, software, or algorithms.

한편, 본 발명에서 판단부(130) 및 제어부(140)는 배터리 셀들의 밸런스를 수행하는 밸런스 모듈로 설계할 수도 있다. 나아가 밸런스 모듈은 판단부(130), 제어부(140)에 더하여 BMS(120)를 포함하여 설계 하는 것도 가능하다. 즉 본 발명은 기본적으로 배터리 셀(110)과 이들 배터리 셀(110)들의 밸런스를 위한 밸런스 모듈을 포함하여 충방전 동작을 수행하는 장치인 것이다Meanwhile, in the present invention, the determination unit 130 and the control unit 140 may be designed as a balance module that balances battery cells. Furthermore, it is possible to design the balance module to include a BMS 120 in addition to the determination unit 130 and the control unit 140. That is, the present invention is basically a device that performs charging and discharging operations including battery cells 110 and a balance module for balancing the battery cells 110.

도 2는 본 발명의 SoH 정보를 이용한 배터리 셀의 충방전 장치를 이용한 충방전 방법을 설명하는 전체 흐름도이다.Figure 2 is an overall flowchart explaining a charging and discharging method using a battery cell charging and discharging device using SoH information of the present invention.

직렬 연결된 배터리 셀들(110a ~ 110n)을 포함하는 배터리 팩(110)은 전기차량이나 드론 등의 각종 디바이스에 장착되어 그 디바이스에 구동 전원을 공급하게 된다. 이러한 배터리 셀(110a ~ 110n)은 재사용 가능한 배터리 셀 구조로서, 초기에는 동일한 SoH 용량(%)를 가지나, 지속적인 사용에 따라 배터리 셀들(110a ~ 110n)의 SoH 용량은 서로 달라지게 되고, 다른 배터리 셀들과의 편차도 발생하게 된다. 이때 상기 편차는 사용시간과 비례하여 커질 수 있다. The battery pack 110, which includes battery cells 110a to 110n connected in series, is mounted on various devices such as electric vehicles or drones and supplies driving power to the devices. These battery cells (110a to 110n) have a reusable battery cell structure and initially have the same SoH capacity (%), but the SoH capacity of the battery cells (110a to 110n) changes with continued use, and other battery cells Deviations from . At this time, the deviation may increase in proportion to the usage time.

그리고 배터리 셀들(110a ~ 110n)은 주기적으로 충전을 해야 하는데, 이처럼 배터리 셀들(110a ~ 110n)간의 SoH 용량에 편차가 있는 상태에서 직렬 연결된 모든 배터리 셀(110a ~ 110n)을 대상으로 충전을 하게 될 경우, 화재 발생가능성이 존재한다. 즉 종래에는 충전전압만을 고려하여 충전동작이 이루어졌고, 따라서 배터리 셀 자신의 SoH 용량을 초과하여 충전전류가 계속 공급될 수 있어 배터리 셀 과열로 인해 화재가 발생했던 것이다.In addition, the battery cells (110a ~ 110n) must be charged periodically. In this way, all battery cells (110a ~ 110n) connected in series will be charged while there is a difference in SoH capacity between the battery cells (110a ~ 110n). In this case, there is a possibility of fire occurring. In other words, in the past, the charging operation was performed considering only the charging voltage, and therefore, the charging current could continue to be supplied in excess of the SoH capacity of the battery cell itself, resulting in a fire due to overheating of the battery cell.

이를 해결하고자 도 2에 도시한 바와 본 실시 예는 직렬 연결된 배터리 셀들(110a ~ 110n)을 충전하는 제1 과정(S100), 충전 동작 동안 각 배터리 셀(110a ~ 110n)이 자신의 이전 SoH 용량을 초과하는지 판단하는 제2 과정(S200), 상기 이전 SoH 용량을 초과하는 배터리 셀의 존재를 확인하고 선택하는 제3 과정(S300), 선택된 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 바이패스 하는 제4 과정(S400)을 포함하여 수행하도록 설계된다. 상기 제1 과정 내지 제4 과정(S100 ~ S400)은 충전동작을 중지시키는 별도의 명령이 발생하기 전까지 반복해서 진행된다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 2, the present embodiment is a first process (S100) of charging the battery cells 110a to 110n connected in series, and during the charging operation, each battery cell 110a to 110n stores its previous SoH capacity. A second process of determining whether the capacity exceeds the previous SoH (S200), a third process of confirming and selecting the existence of a battery cell exceeding the previous SoH capacity (S300), and a fourth process of bypassing the charging current supplied to the selected battery cell (S400) ) and is designed to perform. The first to fourth processes (S100 to S400) are repeatedly performed until a separate command to stop the charging operation is issued.

상기한 과정을 구체적으로 살펴본다.Let’s look at the above process in detail.

제1 과정(S100)의 충전과정은 직렬 연결된 배터리 셀들(110a ~ 110n)을 외부 전원을 공급하여 충전하는 과정이다. The charging process of the first process (S100) is a process of charging battery cells 110a to 110n connected in series by supplying external power.

제2 과정(S200)의 이전 SoH 용량을 초과하는지 판단하는 과정은, 판단부(130)가 개별 BMS(120a ~ 120n)에 저장된 이전의 충방전 사이클 정보를 기초로 하여 현재 충전중인 배터리 셀이 자신의 이전 SoH 용량을 초과했는지 판단하는 과정이다. 즉 계속 재사용되는 배터리 셀의 경우 SoH 용량은 지속적으로 변동되는 특징이 있다. 따라서 이전 SoH 용량 대비 현재의 SoH 용량이 초과하게 되는 경우를 판단하는 것이고, 이는 바이패스를 실시하게 될 기준 시점이 되는 것이다. 이렇게 하는 이유는 배터리 셀(110a ~ 110n)의 현재 주어진 허용 용량 내에서 충전전류를 공급하여 충전해야만 안전하기 때문이다. 앞에서 설명한 바 있지만, 계속 변동되는 배터리 셀(110a ~ 110n)의 SoH 용량을 초과하여 충전전류를 계속 공급할 경우 과열로 인해 화재가 발생할 수 있기 때문이다. In the process of determining whether the previous SoH capacity of the second process (S200) is exceeded, the determination unit 130 determines whether the battery cell currently being charged is based on the previous charge/discharge cycle information stored in the individual BMS (120a ~ 120n). This is the process of determining whether the previous SoH capacity has been exceeded. In other words, in the case of battery cells that are continuously reused, SoH capacity has the characteristic of continuously changing. Therefore, it is determined when the current SoH capacity exceeds the previous SoH capacity, and this becomes the standard point at which bypass will be implemented. The reason for doing this is that it is only safe to charge by supplying a charging current within the currently given allowable capacity of the battery cells 110a to 110n. As previously explained, if the charging current continues to be supplied in excess of the constantly changing SoH capacity of the battery cells (110a to 110n), a fire may occur due to overheating.

여기서, SoH 용량의 초과 여부를 판단하기 위해서는 배터리 셀들(110a ~ 110n)의 SoH 정보를 알아야 한다. 그러나 새로운 배터리 셀 또는 사용했던 배터리 셀의 경우 SoH 정보를 알지 못한다. 그래서 본 발명은 밸런스 모듈(예컨대 BBM: Battery Balancing Module)에 배터리 셀이 접속하면, 2 ~ 4 번의 충/방전 사이클 동작을 수행하여(본 실시 예는 3회 충방전 사이클 수행) 배터리 셀들의 SoC가 약 80% 정도 충전되게 하면서 배터리 셀의 SoH 정보를 획득하는 과정을 수행하도록 한다. SoH 정보 획득은 밸런스 모듈이 이미 제공받아 가지고 있는 배터리 셀의 전압 및 전류 정보 등의 기본적인 스펙 정보를 이용한다. Here, in order to determine whether the SoH capacity is exceeded, SoH information of the battery cells 110a to 110n must be known. However, for new or used battery cells, SoH information is not known. Therefore, in the present invention, when a battery cell is connected to a balance module (e.g., BBM: Battery Balancing Module), 2 to 4 charge/discharge cycle operations are performed (this embodiment performs 3 charge/discharge cycles) so that the SoC of the battery cells Perform the process of acquiring SoH information of the battery cell while charging it to about 80%. SoH information acquisition uses basic specification information such as voltage and current information of battery cells that the balance module has already received.

충/방전 사이클 동작을 여러 번 실시하는 이유는 SoH 정보의 정확도를 향상시키기 위한 것이다. 그래서 경우에 따라 1회 사이클 동작만으로 SoH 정보를 획득하고 SoH 용량의 초과 여부를 판단하는 과정을 수행할 수도 있을 것이다. 또 배터리 셀의 SoC를 80% 정도 충전시키는 이유는 배터리 셀이 80% 정도 충전되었을 때가 가장 안정적인 동작범위일 수 있기 때문이다. 물론 이러한 충전량은 배터리 셀에 따라 달라질 수 있다. The reason for performing the charge/discharge cycle operation multiple times is to improve the accuracy of SoH information. Therefore, in some cases, it may be possible to obtain SoH information with just one cycle operation and perform the process of determining whether the SoH capacity is exceeded. Also, the reason why the SoC of the battery cell is charged to about 80% is because the most stable operating range may be when the battery cell is charged to about 80%. Of course, this amount of charge may vary depending on the battery cell.

그리고 본 발명의 밸런스 모듈(즉 BBM)는 새로운 배터리 셀이 접속하거나 현재 접속된 배터리 셀이 분리되고 다시 접속될 경우에 현재 저장된 데이터들을 모두 초기화한다. 밸런스 모듈에 새로운 배터리 셀이 접속됐을 때 이전 배터리 셀들의 정보를 가지고 있을 경우, 잘못된 SoH 용량 정보로 인해 접속된 배터리 셀이 과열되어 화재 등이 발생할 수 있기 때문이다.And the balance module (i.e. BBM) of the present invention initializes all currently stored data when a new battery cell is connected or when a currently connected battery cell is disconnected and reconnected. This is because when a new battery cell is connected to the balance module, if it contains information from previous battery cells, incorrect SoH capacity information may cause the connected battery cell to overheat and cause a fire.

제3 과정(S300) 및 제4 과정(S400)은, 제어부(140)가 이전 SoH 용량정보를 초과한 배터리 셀을 대상으로 하여 공급되는 충전전류를 바이패스 시키는 과정이다. 충전전류를 바이패스 시킴으로써 배터리 셀(110a ~ 110n)은 자신의 현재 허용 용량 범위 내에서만 충전되는 것이다.The third process (S300) and the fourth process (S400) are processes in which the control unit 140 bypasses the charging current supplied to battery cells that exceed the previous SoH capacity information. By bypassing the charging current, the battery cells 110a to 110n are charged only within their current allowable capacity range.

위에서 설명한 바와 같이 도 2의 배터리 셀 충방전 제어방법은, 직렬 연결된 각 배터리 셀들(110a ~ 110n)의 이전 및 현재의 SoH 용량 정보를 지속적으로 감시하고, 자신의 허용 용량을 초과한 배터리 셀이 발생한 경우 이를 바이패스 시키는 과정을 반복하여 실행하는 것임을 알 수 있다. 따라서 SoH 용량이 낮아진 배터리 셀은 그 SoH 용량 내에서만 충전이 이루어지기 때문에, 종래에 배터리 셀의 SoC 정보만을 가지고 충전했을 때와 비교하면 배터리 셀이 과열되는 현상을 방지할 수 있다. As described above, the battery cell charging and discharging control method of FIG. 2 continuously monitors the previous and current SoH capacity information of each battery cell (110a ~ 110n) connected in series, and detects the occurrence of a battery cell exceeding its allowable capacity. In this case, you can see that the process of bypassing this is repeated. Therefore, since a battery cell with a lowered SoH capacity is charged only within its SoH capacity, overheating of the battery cell can be prevented compared to conventional charging using only the SoC information of the battery cell.

그리고 상기한 실시 예는 직렬 연결된 배터리 셀들(110a ~ 110n) 중 자신의 SoH 용량을 초과한 어느 하나의 배터리 셀을 대상으로 바이패스 하고 있음을 알 수 있다. 이는 직렬 연결된 배터리 셀들(110a ~ 110n) 중 어느 하나의 배터리 셀의 SoH 특성만 저하되고 나머지 배터리 셀들의 SoH는 동일하게 유지되기 때문이다. In addition, it can be seen that the above-described embodiment bypasses any one battery cell that exceeds its SoH capacity among the battery cells 110a to 110n connected in series. This is because the SoH characteristics of only one of the battery cells 110a to 110n connected in series deteriorate and the SoH of the remaining battery cells remain the same.

다음에는 본 발명의 충방전 제어방법의 여러 실시 예들에 대해 도 3 내지 도 6을 참조하여 살펴본다.Next, various embodiments of the charging and discharging control method of the present invention will be examined with reference to FIGS. 3 to 6.

제1 실시 예First embodiment

도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이 직렬 연결된 4개의 제1 내지 제4 배터리 셀이 있고, 이들 배터리 셀을 충전한다고 가정한다(S500). 그리고 충전 동작 동안 SoH 용량 계산결과(S510), 제1 내지 제3 배터리 셀의 SoH 용량은 90%, 제4 배터리 셀의 SoH 용량은 이보다 적은 85%일 경우를 가정한다(S520).This will be explained with reference to Figure 3. As shown in FIG. 3, it is assumed that there are four first to fourth battery cells connected in series and that these battery cells are charged (S500). And, as a result of SoH capacity calculation during the charging operation (S510), it is assumed that the SoH capacity of the first to third battery cells is 90%, and the SoH capacity of the fourth battery cell is less than 85% (S520).

이 경우, 제어부(140)는 제1 내지 제4 배터리 셀들 중 SoH 용량이 가장 낮은 제4 배터리 셀을 선택하여 충전전류가 바이패스 되도록 제어하게 된다(S530). 즉 SoH 용량이 낮아진 제4 배터리 셀의 충전량을 낮추는 것이다. 만약 SoH 용량이 낮아진 제4 배터리 셀에 계속 충전전류를 공급할 경우 과열로 인해 화재가 발생할 수 있다.In this case, the control unit 140 selects the fourth battery cell with the lowest SoH capacity among the first to fourth battery cells and controls the charging current to be bypassed (S530). In other words, the charge amount of the fourth battery cell with lower SoH capacity is lowered. If charging current is continuously supplied to the fourth battery cell with lower SoH capacity, a fire may occur due to overheating.

제2 실시 예Second embodiment

도 4를 참조하여 살펴보면, 제1 실시 예와 마찬가지로 직렬 연결된 4개의 제1 내지 제4 배터리 셀이 있고, 이들 배터리 셀을 충전한다고 가정한다(S600). Referring to FIG. 4, it is assumed that there are four first to fourth battery cells connected in series, similar to the first embodiment, and that these battery cells are charged (S600).

배터리 셀을 충전하는 동안, 제1 내지 제4 배터리 셀의 이전 SoH 용량 정보와 현재 SoH 용량 정보가 계산되어 제어부(140)로 실시간 전달된다(S610). While charging a battery cell, previous SoH capacity information and current SoH capacity information of the first to fourth battery cells are calculated and transmitted to the control unit 140 in real time (S610).

그러면 제어부(140)는 제1 내지 제4 배터리 셀들의 이전 및 현재의 SoH 용량 정보를 기초로 하여 이전 SoH 용량보다 현재의 SoH 용량이 크거나 같아진 배터리 셀이 있는지를 판단한다(S620). 여기서 SoH 용량이 같아진다는 것은 배터리 셀들의 계속 충전에 따라 이전 SoH 용량과 동일해지는 경우를 말할 수 있다. 이러한 판단결과, 이전 SoH 용량보다 현재의 SoH 용량이 크거나 같아진 배터리 셀이 있는 경우(예컨대 제1 배터리 셀이라 가정함), 제어부(140)는 제1 배터리 셀에 대해서는 충전전류가 바이패스 되도록 제어하고, 제2 내지 제4 배터리 셀들은 정상적으로 충전전류를 공급하여 충전과정을 수행한다(S630). 예를 들어, 제1 배터리 셀의 이전 SoH 용량이 90%인데 현재 SoH 용량이 이보다 더 높은 경우가 해당된다. 실질적으로 SoH 용량은 계속 감소하게 되는데 현재 SoH 용량이 더 높다는 것은 배터리 셀 자신의 SoH 용량을 초과했다고 판단할 수 있다. Then, the control unit 140 determines whether there is a battery cell whose current SoH capacity is greater than or equal to the previous SoH capacity based on the previous and current SoH capacity information of the first to fourth battery cells (S620). Here, the SoH capacity becoming the same can refer to a case where the SoH capacity becomes the same as the previous SoH capacity as the battery cells continue to charge. As a result of this determination, if there is a battery cell whose current SoH capacity is greater than or equal to the previous SoH capacity (for example, assuming it is the first battery cell), the control unit 140 causes the charging current to be bypassed for the first battery cell. control, and the second to fourth battery cells normally supply charging current to perform the charging process (S630). For example, this may be the case where the previous SoH capacity of the first battery cell was 90%, but the current SoH capacity is higher than this. In reality, the SoH capacity continues to decrease, and the fact that the current SoH capacity is higher means that it has exceeded the SoH capacity of the battery cell itself.

반면 상기 판단 단계에서 이전 SoH 용량보다 현재의 SoH 용량이 큰 배터리 셀이 없다면 제1 내지 제4 배터리 셀 모두 충전 과정은 정상적으로 계속 진행된다(S640).On the other hand, if there is no battery cell with a current SoH capacity greater than the previous SoH capacity in the above determination step, the charging process for all first to fourth battery cells continues normally (S640).

제3 실시 예Third embodiment

도 5를 참조하여 살펴보면, 위의 실시 예들과 마찬가지로 직렬 연결된 4개의 제1 내지 제4 배터리 셀이 있고, 이들 배터리 셀을 충전한다고 가정한다(S700). Referring to FIG. 5, it is assumed that there are four first to fourth battery cells connected in series, similar to the above embodiments, and that these battery cells are charged (S700).

그리고 배터리 셀의 충전 동안, 제1 내지 제4 배터리 셀의 SoH 용량을 상대 비교하여 어느 하나의 배터리 셀을 선택하는 과정이 수행된다. 구체적으로 상기한 과정은 제1 내지 제4 배터리 셀의 SoH 용량 대비 평균 편차가 낮은 SoH 용량을 가진 배터리 셀을 선택하는 것이라 할 것이다. 예컨대, 평균 편차가 1~2% 정도 낮은 배터리 셀일 수 있다(S710). 이를 통해서도 자신의 SoH 용량을 초과한 배터리 셀을 확인할 수 있다. And during charging of the battery cell, a process of selecting one battery cell is performed by comparing the SoH capacities of the first to fourth battery cells. Specifically, the above-mentioned process will be said to select a battery cell with a SoH capacity that has a low average deviation compared to the SoH capacity of the first to fourth battery cells. For example, it may be a battery cell with an average deviation as low as 1 to 2% (S710). Through this, you can also check which battery cells exceed your SoH capacity.

그리고 용량 초과한 배터리 셀이 확인되면 마찬가지로 그 배터리 셀만을 충전전류가 바이패스 되게 제어하고 다른 배터리 셀들은 정상적으로 충전전류가 공급되게 하여 충전과정을 수행한다(S720).And, when a battery cell with excess capacity is identified, the charging process is performed by controlling the charging current to bypass only that battery cell and supplying charging current to other battery cells normally (S720).

제4 실시 예Fourth embodiment

도 6을 참조하여 살펴보면, 위의 실시 예들과 마찬가지로 직렬 연결된 4개의 제1 내지 제4 배터리 셀이 있고, 이들 배터리 셀을 충전한다고 가정한다(S800). 그리고 충전 동작 동안 기존에 특정 배터리 셀이 SoH 용량을 초과하여 바이패스 한 이력이 있는 경우, 그 SoH 용량을 초과했을 때의 조건을 일련의 패턴 정보로 가공하여 저장해놓는다(S801). 패턴 정보는 예컨대 배터리 셀의 충방전 사이클을 나타낸 그래프 정보에서 특정 지점이 될 수 있고, 이에 패턴 정보는 바이패스 하기 위한 기준이 될 수 있다. Referring to FIG. 6, it is assumed that there are four first to fourth battery cells connected in series, similar to the above embodiments, and that these battery cells are charged (S800). Also, if a specific battery cell has a history of being bypassed due to exceeding the SoH capacity during the charging operation, the conditions for exceeding the SoH capacity are processed into a series of pattern information and stored (S801). For example, the pattern information can be a specific point in graph information showing the charging and discharging cycle of a battery cell, and the pattern information can be a standard for bypassing.

상기 패턴 정보가 제공된 상태에서 제1 내지 제4 배터리 셀을 충전하는 동안, 제어부(140)는 어느 하나의 배터리 셀에서 상기한 패턴이 발생할 지 모니터링 한다(S810). 그리고 특정 배터리 셀에서 패턴이 발생할 경우(S820), 제어부(140)는 그 배터리 셀이 자신의 SoH 용량을 초과할 수 있음을 예비적으로 판단하여, 미리 충전전류가 바이패스 되도록 제어한다(S830).While charging the first to fourth battery cells with the pattern information provided, the control unit 140 monitors whether the above pattern occurs in any one battery cell (S810). And when a pattern occurs in a specific battery cell (S820), the control unit 140 preliminarily determines that the battery cell may exceed its SoH capacity and controls the charging current to be bypassed in advance (S830). .

물론, 상기한 패턴이 발생하지 않으면 제1 내지 제4 배터리 셀에 대한 충전동작은 계속 수행된다(S840).Of course, if the above pattern does not occur, the charging operation for the first to fourth battery cells continues to be performed (S840).

위에서 설명한 바와 같이 본 발명은 배터리 셀의 충전전압과는 상관없이, 배터리 셀의 Watt/hour에 의해 계산되는 SoH 정보를 이용하여 자신의 SoH 용량을 초과하는 경우 또는 초과할 가능성이 있는 배터리 셀을 대상으로 충전전류가 바이패스 되게 하는 것임을 알 수 있다. As described above, the present invention targets battery cells that exceed or are likely to exceed their SoH capacity by using SoH information calculated by Watt/hour of the battery cell, regardless of the charging voltage of the battery cell. It can be seen that the charging current is bypassed.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention is described with reference to the illustrated embodiments, but these are merely illustrative examples, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the gist and scope of the present invention. It will be apparent that variations, modifications, and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 본 발명의 배터리 셀의 충방전 장치
110a ~ 110n: 배터리 셀
110: 배터리 팩
120: BMS
130: 판단부
140: 제어부
100: Charging and discharging device for battery cells of the present invention
110a ~ 110n: Battery cells
110: battery pack
120: BMS
130: Judgment unit
140: control unit

Claims (12)

직렬 연결된 복수 개의 배터리 셀; 및
배터리 셀들의 충전 동작 동안, 상기 배터리 셀 마다 변동된 이전 SoH 용량을 참고하여, 충전중인 배터리 셀의 현재 SoH 용량이 상기 이전 SoH 용량을 초과하면, 상기 배터리 셀의 배터리 셀 전압이 일정 전압 이하에서도 상기 배터리 셀로 공급되는 충전전류를 바이패스 시키도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 이전 SoH 용량은, 상기 배터리 셀들의 이전 충/방전 사이클에서 전압과 전류의 곱을 시간으로 적분한 전력량 값을 나타내는, 배터리 셀의 충방전 장치.
A plurality of battery cells connected in series; and
During the charging operation of the battery cells, referring to the previous SoH capacity that has changed for each battery cell, if the current SoH capacity of the battery cell being charged exceeds the previous SoH capacity, the battery cell voltage of the battery cell is even below a certain voltage. It includes a control unit that controls to bypass the charging current supplied to the battery cell,
The previous SoH capacity represents a power amount value obtained by integrating the product of voltage and current over time in the previous charge/discharge cycle of the battery cells.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 충/방전 사이클은, 적어도 1회 이상 수행하여 배터리 셀들의 충전 상태(SoC)가 80%가 되게 충전한 후 배터리 셀들의 SoH 용량 정보를 획득하는, 배터리 셀의 충방전 장치.
According to claim 1,
The charge/discharge cycle is performed at least once to charge the battery cells to a state of charge (SoC) of 80% and then obtain SoH capacity information of the battery cells.
제1 항에 있어서,
상기 충전 동작 동안 이전에 바이패스가 수행된 적 있는 조건에 대한 패턴 정보를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 패턴 정보가 발생한 배터리 셀을 미리 바이패스 하는, 배터리 셀의 충방전 장치.
According to claim 1,
Further comprising pattern information about conditions in which bypass has previously been performed during the charging operation,
A device for charging and discharging a battery cell, wherein the control unit bypasses the battery cell in which the pattern information is generated in advance.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는, 배터리 셀들 중 상기 SoH 용량이 낮아진 배터리 셀의 충전량을 낮아진 SoH 용량만큼 낮춰 충전하는, 배터리 셀의 충방전 장치.
According to claim 1,
The control unit charges a battery cell whose SoH capacity is lowered by lowering the charge amount of the battery cell by the lowered SoH capacity.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 배터리 셀들 중, 상기 SoH 용량이 가장 낮은 배터리 셀이나 다른 주변 배터리 셀 대비 SoH가 상대적으로 낮은 배터리 셀을 선택하여 충전전류를 바이패스 하는, 배터리 셀의 충방전 장치.
According to claim 1,
The control unit selects a battery cell with the lowest SoH capacity among the battery cells or a battery cell with a relatively low SoH compared to other surrounding battery cells and bypasses the charging current.
직렬 연결된 배터리 셀들의 SoH 용량에 따라 어느 하나의 배터리 셀로 공급되는 충전 전류가 바이패스 되도록 제어하는 컨트롤러 모듈을 포함하는 충방전 장치이고,
상기 컨트롤러 모듈은,
상기 배터리 셀들마다 구비된 개별 BMS;
상기 개별 BMS가 관리하는 배터리 셀의 충방전 사이클 정보를 이용하여 충전동작 동안 현재 충전 동작의 SoH 용량이 변동된 이전 충전 동작의 SoH 용량을 초과하는 지를 판단하는 판단부; 및
상기 판단결과에 따라 상기 현재 충전 동작의 SoH 용량이 상기 이전 충전 동작의 SoH 용량을 초과한 배터리 셀을 선택하여 충전 전류를 바이패스 하는 제어부를 포함하여 구성되며,
상기 이전 SoH 용량은, 상기 배터리 셀들의 이전 충/방전 사이클에서 전압과 전류의 곱을 시간으로 적분한 전력량 값을 나타내는, 배터리 셀의 충방전 장치.
It is a charging and discharging device that includes a controller module that controls the charging current supplied to one battery cell to be bypassed according to the SoH capacity of the battery cells connected in series,
The controller module is,
Individual BMS provided for each battery cell;
a determination unit that determines whether the SoH capacity of the current charging operation exceeds the changed SoH capacity of the previous charging operation during a charging operation using charge/discharge cycle information of the battery cell managed by the individual BMS; and
It is configured to include a control unit that selects a battery cell whose SoH capacity of the current charging operation exceeds the SoH capacity of the previous charging operation according to the determination result and bypasses the charging current,
The previous SoH capacity represents a power amount value obtained by integrating the product of voltage and current over time in the previous charge/discharge cycle of the battery cells.
삭제delete 배터리 셀을 충방전 하는 장치가,
직렬 연결된 배터리 셀들을 충전하는 동안 각 배터리 셀의 현재 SoH 용량이변동된 이전 SoH 용량을 초과하는지 판단하는 단계;
판단 결과에 따라 상기 현재 SoH 용량이 상기 이전 SoH 용량을 초과하는 배터리 셀을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 바이패스 하는 단계를 포함하여 수행하며,
상기 이전 SoH 용량은, 상기 배터리 셀들의 이전 충/방전 사이클에서 전압과 전류의 곱을 시간으로 적분한 전력량 값을 나타내는, 배터리 셀의 충방전 방법
A device that charges and discharges battery cells,
While charging battery cells connected in series, determining whether the current SoH capacity of each battery cell exceeds the previous changed SoH capacity;
selecting a battery cell whose current SoH capacity exceeds the previous SoH capacity according to a determination result; and bypassing the charging current supplied to the selected battery cell,
The previous SoH capacity represents a power amount value obtained by integrating the product of voltage and current over time in the previous charge/discharge cycle of the battery cells.
삭제delete 제9 항에 있어서,
상기 바이패스 되는 배터리 셀은, 직렬 연결된 배터리 셀들 중 상기 SoH 용량이 가장 낮은 배터리 셀 또는 다른 배터리 셀 대비 상대적으로 SoH가 낮은 배터리 셀인, 배터리 셀의 충방전 방법.
According to clause 9,
The bypassed battery cell is a battery cell with the lowest SoH capacity among battery cells connected in series or a battery cell with a relatively low SoH compared to other battery cells.
제9 항에 있어서,
상기 바이패스가 수행된 적 있는 조건에 대한 패턴 정보를 더 저장하는 단계를 더 포함하고,
상기 배터리 셀의 충전 동작 동안 상기 패턴 정보가 발생하는 배터리 셀에 대해 충전전류를 미리 바이패스 하는 동작을 수행하는, 배터리 셀의 충방전 방법.
According to clause 9,
Further comprising the step of storing pattern information for conditions under which the bypass has been performed,
A method of charging and discharging a battery cell, wherein an operation is performed to bypass charging current in advance for a battery cell in which the pattern information is generated during a charging operation of the battery cell.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010225332A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Toshiba Corp Battery pack system and protection device of battery pack
JP2019114324A (en) * 2016-03-28 2019-07-11 株式会社日立製作所 Secondary battery system
JP2019534671A (en) 2016-11-07 2019-11-28 コーバス エナジー インコーポレイテッド Multi-cell battery equalization
JP2020043653A (en) 2018-09-07 2020-03-19 Fdk株式会社 Power storage device and charging method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101028019B1 (en) 2008-09-29 2011-04-13 기아자동차주식회사 Method for balancing SOC of hybrid vehicle
KR101755911B1 (en) 2015-12-02 2017-07-07 현대자동차주식회사 Apparatus for estimating soc of lithium ion battery and method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010225332A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Toshiba Corp Battery pack system and protection device of battery pack
JP2019114324A (en) * 2016-03-28 2019-07-11 株式会社日立製作所 Secondary battery system
JP2019534671A (en) 2016-11-07 2019-11-28 コーバス エナジー インコーポレイテッド Multi-cell battery equalization
JP2020043653A (en) 2018-09-07 2020-03-19 Fdk株式会社 Power storage device and charging method

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