KR20030037642A - 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 충전 및 방전에 관련된 차량 내부 와이어링(Wiring)구조를 개선함으로서 배터리를 탈거하지 않고 불균등을 개선할 수 있으며, 충전중 또는 방전 중에 최대 모듈 배터리와 최소 모듈 배터리의 불균등을 개선할 수 있는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 복수개의 배터리를 갖는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치에 있어서, 상기 전기 차량을 구성하는 복수개의 배터리 충전 및 방전 동작을 제어하는 배터리 제어부와; 상기 복수개의 배터리 충전 라인 및 방전 라인에 전기적으로 회로 연결되며, 충전 모드와 방전 모드 설정시 최대 모듈 배터리와 최소 모듈 배터리의 불균등을 보상하는 불균등 보상부와; 상기 배터리 제어부와 불균등 보상부의 사이에 통신라인으로 연결되어 상기 복수개 배터리의 충전 또는 방전 중에 배터리 불균등 상태를 진단하는 진단부를 포함하여 구성한다.

Description

전기 차량의 배터리 불균등 제어장치{BATTERY IMBALANCE CONTROLLING DEVICE OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 차량에 관한 것으로서, 특히 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치에 관한 것이다.
통상적으로, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 주행시 어느 시점에서는 전기 에너지를 사용할 수 없는 한계상황(주 배터리의 불균등(임발란스 ; Imbalance or Unbalance))에 도달하게 된다.
이러한 한계상황에 도달하게 되면, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 주행 모드(가속, 정속, 감속)와는 상관없이 모터 또는 엔진에 의해 다시 전기 에너지를 사용할 수 있도록 설정된 배터리 잔존용량 값 이상으로 배터리를 충전시켜 주어야한다.
이와 같은 이유로, 종래에는 주 배터리 불균등 발생시 배터리 제어부에 충전을 요구하고 모터 또는 엔진을 이용하여 주 배터리를 충전함으로써 주 배터리의 불균등 상태를 보완하였다.
종래 기술에서 주 배터리의 불균등 상태를 보완하는 방법은 배터리 팩 (Battery Pack)단위의 배터리를 과충전하는 방법과 불균등(Imbalance) 보상장치를 차량에 탑재하는 방법, 그리고 배터리를 탈거하여 개별적 모듈을 충전 및 방전하여 균등화하는 방법이 사용되었다.
위와 같은 방법을 사용할 때 종래 기술에서 배터리를 과충전하는 방법은 추가적인 비용 발생 없이 불균등을 보상할 수 있으나 정확한 충전량에 대한 판단이 필요하며, 실패시 배터리 성능을 악화하는 문제와 배터리의 품질(수명에 따른 균일한 품질 확보)에 따른 방법적인 한계성을 갖는다.
또한, 불균등 보상장치를 차량에 탑재하는 방법은 보상장치의 가격 및 공간문제로 실효성이 거의 없다.
그리고, 배터리를 탈거하여 개별적 모듈을 충전 및 방전하여 균등화하는 방법은 배터리를 차량에서 탈거해야 하는 문제가 있으며, 적용방법에 따라 대용량의 시험장치를 추가적으로 개발하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 배터리 충전 및 방전에 관련된 차량 내부 와이어링 (Wiring)구조를 개선함으로서 배터리를 탈거하지 않고 불균등을 개선할 수 있으며,충전중 또는 방전 중에 최대 모듈 배터리와 최소 모듈 배터리의 불균등을 개선할 수 있는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복수개의 배터리를 갖는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치에 있어서, 상기 전기 차량을 구성하는 복수개의 배터리 충전 및 방전 동작을 제어하는 배터리 제어부와; 상기 복수개의 배터리 충전 라인 및 방전 라인에 전기적으로 회로 연결되며, 충전 모드와 방전 모드 설정시 최대 모듈 배터리와 최소 모듈 배터리의 불균등을 보상하는 불균등 보상부와; 상기 배터리 제어부와 불균등 보상부의 사이에 통신라인으로 연결되어 상기 복수개 배터리의 충전 또는 방전 중에 배터리 불균등 상태를 진단하는 진단부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 및 방전시의 불균등 보상 원리를 도시한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 복수개의 배터리를 갖는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치에 있어서, 배터리 제어부(110)(BMS ; Battery Management System), 불균등 보상부(120), 진단부(130)를 포함하여 구성한다.
복수개의 배터리는 도 1에 도시된 바와 같이 모터 제어기와 배터리 제어부(110) 사이에서 불균등 보상부(120)를 통해 커넥팅 연결된다.
배터리 제어부(110)는 전기 차량을 구성하는 복수개의 배터리 충전 및 방전 동작을 전반적으로 제어한다.
불균등 보상부(120)는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 배터리 충전 라인 및 방전 라인에 전기적으로 회로 연결되며, 충전 모드와 방전 모드 설정시 최대 모듈 배터리와 최소 모듈 배터리의 불균등을 보상한다.
불균등 보상부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 배터리 입력단과 출력단에 각각 병렬 연결되는 각각의 릴레이와; 각각의 릴레이 출력단에 직렬 연결되는 각각의 저항을 포함하여 구성하며, 복수개의 배터리 충전 라인 및 방전 라인에 커넥팅 연결된다.
진단부(130)(Diagnosis Box)는 배터리 제어부(110)와 불균등 보상부(120)의 사이에 통신라인(RS232C)으로 연결되어 복수개 배터리의 충전 또는 방전 중에 배터리 불균등 상태를 진단한다.
참고적으로, 배터리 정보 입수는 정확한 배터리 제어를 위하여 기존 배터리 제어부(110)에서 제공하는 전압, 온도, 전류 등의 정보를 통신라인을 통해 입수한다.
본 발명의 실시예는 불균등 보상부(120)의 방전 모드 및 충전 모드의 설정상태에 따라 복수개의 배터리를 팩(Pack)단위로 방전 및 충전하는 충방전 시험기를 더 포함하여 구성한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 종래 기술에서 배터리를 탈거하지 않고 배터리 제어부(110) 센싱 라인(Sensing Line)을 이용하여 배터리의 충전 또는 방전시 불균등 보상부(120)를 적용하여 배터리를 균등화하는 장치이다.
도 1내지 도 2를 참조하여 충방전 시험기 적용 가능시의 배터리 불균등 제어과정을 설명한다.
먼저, 불균등 보상부(120)를 방전 모드로 설정하고, 충방전 시험기를 이용하여 전체 배터리를 팩(Pack)단위로 방전한다.
이때 배터리 제어부(110)는 방전중 전압이 낮은 배터리에 연결된 불균등 보상부(120)의 해당 릴레이로 구동 제어신호를 공급하여 작동시킴으로서 모듈 배터리의 방전을 감소하여 불균등을 보상한다.
즉, 충방전 시험기를 이용하여 방전중 불균등 보상부(120)는 모듈 배터리의 최소 모듈 전압정보 및 릴레이 구동 제어신호를 배터리 제어부(110)로부터 공급받아 도 2에 도시된 바와 같이 L2, L3 릴레이(Relay)를 닫고(Close), 최소 모듈 전압을 R2 저항을 통해서 방전전류(2A)를 낮추어 다른 배터리(13A) 보다 방전량을 감소함으로서 불균등을 개선한다.
도 1내지 도 2를 참조하여 충방전 시험기 미적용 또는 충방전 시험기 적용후의 배터리 불균등 제어과정을 설명한다.
먼저, 불균등 보상부(120)를 충전 모드로 설정하고, 차량 탑재 충전기를 이용하여 전체 배터리 팩을 충전한다.
이때 배터리 제어부(110)는 충전중 전압이 높은 배터리에 연결된 불균등 보상부(120)의 해당 릴레이로 구동 제어신호를 공급하여 작동시킴으로서 모듈 배터리의 충전량을 감소시켜 불균등 보상을 충전에서도 보상한다.
즉, 충방전 시험기를 이용하여 충전중 불균등 보상부(120)는 최대 모듈 전압정보 및 릴레이 구동신호를 배터리 제어부(110)로부터 공급받아 도 2에 도시된 바와 같이 L2, L3 릴레이(Relay)를 닫고(Close), 최대 모듈 전압을 R2 저항을 통해 방전(2A)함으로서 다른 배터리(13A) 보다 충전량을 감소함으로서 최대 모듈 전압에 따른 불균등을 개선한다.
상기와 같은 배터리 불균등 제어과정이 종료되면, 불균등 보상부(120)의 모듈 센싱 커넥터를 분리시킨다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치는 종래 기술에서와 같이 충전 또는 방전 한 부분만 적용함에 따른 불균등 현상을 방지하기 위한 구성으로 양쪽 부분(충전 및 방전)에 동시 적용함으로서 최대 모듈 배터리와 최소 모듈 배터리의 불균등을 보상하는 것이다.
또한 차량 내부 와이어링(Wiring)구조를 개선함으로서 배터리를 탈거하지 않고 불균등을 개선할 수 있으며, 충전중 또는 방전중에 불균등을 개선함에 따른 불균등 개선시간을 크게 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
상기한 실시예에서는 전기 차량에만 배터리 불균등 제어장치가 구비되는 것을 설명하였으나, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 전기 차량 뿐만 아니라 하이브리드 전기 차량, 연료 전지 하이브리드 차량, 마일드 하이브리드 차량 등 배터리를 직렬로 연결해서 사용하는 차량에도 배터리 불균등 제어장치를 적용할 수 있음에 유의하여야 한다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것임에 유의해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치는 배터리의 균등화 향상으로 차량 성능(가속 성능, 최고속도 성능, 주행거리)을 향상할 수 있으며, 불균등 발생시 문제를 차량에서 해결 가능하므로 사용자 편의성 증대 효과와 배터리 수면 향상으로 사용자의 유지, 보수비 절감의 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 복수개의 배터리를 갖는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치에 있어서,
    상기 전기 차량을 구성하는 복수개의 배터리 충전 및 방전 동작을 제어하는 배터리 제어부와;
    상기 복수개의 배터리 충전 라인 및 방전 라인에 전기적으로 회로 연결되며, 충전 모드와 방전 모드 설정시 최대 모듈 배터리와 최소 모듈 배터리의 불균등을 보상하는 불균등 보상부와;
    상기 배터리 제어부와 불균등 보상부의 사이에 통신라인으로 연결되어 상기 복수개 배터리의 충전 또는 방전중에 배터리 불균등 상태를 진단하는 진단부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불균등 보상부는
    상기 복수개의 배터리 입력단과 출력단에 각각 병렬 연결되는 각각의 릴레이와;
    상기 각각의 릴레이 출력단에 직렬 연결되는 각각의 저항을 포함하여 구성하며, 상기 복수개의 배터리 충전 라인 및 방전 라인에 커넥팅 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 불균등 보상부의 방전 모드 및 충전 모드의 설정상태에 따라 상기 복수개의 배터리를 팩(Pack)단위로 방전 및 충전하는 충방전 시험기를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 배터리 불균등 제어장치.
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