KR20090092890A - Battery Equalizing-charge Device of Battery System - Google Patents
Battery Equalizing-charge Device of Battery SystemInfo
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차에 장착되는 소정의 크기 이상의 용량과 전압을 가지는 배터리 시스템을 구성하기 위하여, 단전지를 직렬로 연결하거나, 병렬로 연결된 단전지를 직렬로 연결하여 단전지를 균등하게 충전시키는 배터리 시스템의 배터리 균등 충전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery system, and more particularly, in order to configure a battery system having a capacity and voltage of a predetermined size or more mounted in an automobile, a single cell is connected in series, or a single cell connected in parallel is connected in series. The present invention relates to a battery equalizing device of a battery system that charges the paper evenly.
전기자동차, 연료전지 자동차, 또는 하이브리드 전기 자동차 등은 고용량의 배터리 시스템을 필요로 한다. 이를 위하여, 단전지의 용량이 상대적으로 큰 경우에는, 그 단전지들을 직렬로 연결하여 고용량의 배터리 시스템을 만든다. 반면에 단전지의 용량이 작은 경우에는, 단전지들을 병렬로 연결함으로써 용량이 커진, 병렬 연결된 단전지 그룹을 만들고, 그 병렬연결된 단전지 그룹들을 직렬로 연결하여 고용량의 배터리 시스템을 만든다.Electric vehicles, fuel cell vehicles, or hybrid electric vehicles require high capacity battery systems. To this end, when the capacity of a unit cell is relatively large, the unit cells are connected in series to make a high capacity battery system. On the other hand, when the capacity of a single cell is small, by connecting the cells in parallel to make a larger capacity, the parallel connected cell group, and the parallel connected cell groups in series to make a high capacity battery system.
이러한 배터리 시스템의 전체 충전상태는, 배터리 시스템을 제어하여, 단전지의 전압을 측정하여 검출한다. 배터리 시스템을 제어하기 위해 단전지 전압을 측정, 유지 및 관리가 매우 중요하다. 배터리 충전상태는 배터리의 전압 상태로서 환산이 된다. 배터리 시스템의 수명을 일정기간 동안 보증하기 위해서, 배터리 제어부는 모든 단전지의 충전상태가 항상 일정 범위 내에서 동작하도록 유지 및 관리하여야 한다. 예를 들어, 배터리 시스템이 완전히 방전되거나 과충전이 되면, 배터리 시스템의 수명은 줄어들 수 있다. 종래의 배터리 시스템의 동작 및 구성을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.The overall state of charge of the battery system is controlled by detecting the voltage of the unit cell by controlling the battery system. Measuring, maintaining, and managing cell voltages is critical to controlling battery systems. The battery state of charge is converted to the voltage state of the battery. In order to guarantee the life of the battery system for a certain period of time, the battery control unit must maintain and manage so that the state of charge of all the cells always operates within a certain range. For example, if the battery system is completely discharged or overcharged, the life of the battery system may be reduced. The operation and configuration of a conventional battery system will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 단전지 전압 측정 그래프로서, 배터리 제어부가 각 단전지의 전압을 측정한 결과이다.1 is a graph of a conventional unit cell voltage measurement, in which a battery controller measures a voltage of each unit cell.
도 1에 나타낸 단전지 전압 그래프는 배터리 운전상황에 따라서 그리고 균등 충전 후 많은 시간이 흐른 후에 측정한 단전지의 전압으로서, 단전지들의 전압편차가 크게 나타나고 있음을 보여준다. 이와 같이 단전지들 사이의 전압편차가 크면 단전지들 사이의 충전상태의 차이도 매우 크다는 것을 의미한다. 이런 경우, 배터리 시스템은 그 충전상태를 관리할 수가 없고, 그에 따라 배터리 시스템의 수명이 짧아진다. 특히, 도 1에서 5번 단전지는 정상상태 전압 범위를 벗어나 있다. 이와 같이, 정상상태의 동작 전압 범위를 벗어난 단전지는 수명이 줄어들고 전체 배터리 충전상태의 관리를 어렵게 한다.The single cell voltage graph shown in FIG. 1 shows that the voltage deviation of the single cells is large according to the battery operating condition and measured after many hours after the equal charging. As such, when the voltage deviation between the cells is large, it means that the difference in state of charge between the cells is also very large. In this case, the battery system cannot manage its state of charge, which shortens the life of the battery system. In particular, unit 5 in Figure 1 is out of the steady-state voltage range. As such, a unit cell outside the normal operating voltage range reduces its life and makes managing the entire battery state of charge difficult.
배터리 수명에 영향을 주는, 단전지 간의 전압 편차가 사전에 정해진 일정 범위를 벗어나고 그에 따라 배터리 시스템이 일정 시간 동안 동작하지 않으면, 배터리 제어부는 각 단전지의 전압을 측정하여 단전지들 사이의 편차를 줄이기 위해 균등 충전부를 작동시킨다.If the voltage deviation between the cells, which affects the battery life, is out of a predetermined range and the battery system is not operated for a certain time, the battery controller measures the voltage of each cell to determine the deviation between the cells. Operate equalized charge to reduce.
도 2는 종래 기술에 따른 균등충전부의 제1 예로서, 단전지들과 그 단전지들의 에너지를 방전시킬 수 있는 저항기들을 각각 병렬로 연결하고, 각 저항기와 각 단전지 사이를 전기적으로 온/오프(on/off) 시키기 위한 릴레이 또는 회로 차단기를 포함한다.FIG. 2 is a first example of an equal charging unit according to the prior art, and connects the cells and the resistors capable of discharging the energy of the cells in parallel, and electrically turns on / off between each resistor and each unit cell. relay or circuit breaker to turn on / off).
도 3은 종래 기술에 따른 균등충전부의 제2 예이다. 종래의 제2 예는 제1 예에서 소정의 방전용 저항기의 개수를 줄임으로써 구현된다. 도 3의 제2 예에 비하여, 균등충전 시간을 줄이기 위해, 도 2의 제1 예가 더 일반적으로 이용된다.3 is a second example of an equal charge unit according to the prior art. The second conventional example is implemented by reducing the number of predetermined discharge resistors in the first example. Compared to the second example of FIG. 3, the first example of FIG. 2 is more commonly used to reduce the equalization charge time.
도 2와 도 3과 같은 형태의 회로로 구성된 균등 충전부를 장착한 종래의 배터리 시스템은, 도 4의 순서도에 따라 균등 충전을 실시한다.2. Description of the Related Art A conventional battery system equipped with an equal charging unit composed of circuits of the same type as in Figs. 2 and 3 performs equal charging according to the flowchart of Fig. 4.
먼저, 장착된 단전지의 전압을 측정한다 (S1). 단전지의 전압이 정상상태의 전압보다 작아서 균등충전이 필요한지 판단한다(S2). 균등충전이 필요하면 방전이 필요한 단전지 릴레이(전원차단기)를 동작시켜 통전시킨다 (단전지 방전)(S3). 그 다음에 단전지의 전압을 측정한다(S4). 단전지의 전압 편차와 허용기준을 비교하여 단전지의 편차가 허용기준보다 작으면 균등 충전을 멈춘다(S5). 반면에 단전지의 전압편차가 허용기준보다 작지 않으면, 단전지 방전단계(S3)를 수행한다. 아울러 S2 단계에서 균등 충전이 필요하지 않으면 균등충전을 멈춘다.First, the voltage of the mounted unit cell is measured (S1). It is determined whether the voltage of the unit cell is smaller than the voltage of the steady state, so that even charging is necessary (S2). If even charging is required, the cell relay (power circuit breaker) requiring discharge is operated to energize (cell discharge) (S3). Then, the voltage of the unit cell is measured (S4). If the deviation of the unit cell is less than the acceptance criteria by comparing the voltage deviation and the acceptance criteria of the unit cell even charging stops (S5). On the other hand, if the voltage deviation of the unit cell is not less than the acceptance criteria, the unit cell discharge step (S3) is performed. In addition, if the equal charging is not necessary at step S2, the equal charging stops.
그러나, 도 2와 도 3의 회로에 나타낸 것과 같이, 종래의 균등 충전부는 단전지의 에너지를 방전시킬 수 있는 기능만 가지고 있다. 즉 단전지 중에서 가장 전압이 낮게 검출되어 충전상태가 가장 낮은 단전지에 맞추어 모든 단전지들의 충전상태를 떨어뜨려야 한다. 균등 충전 도중 배터리 제어부는 일정시간마다 각 단전지의 전압을 측정하여 각 단전지의 에너지 방전여부를 결정하여야 하며, 모든 단전지의 충전상태의 편차가 미리 정해진 범위 이내가 될 때까지 방전용 저항기를 이용하여 각 단전지의 에너지를 소멸시켜야 한다. 즉, 충전상태가 낮은 단전지의 방전시간은 짧게 되고 충전상태가 높은 단전지의 경우 방전시간이 길어지게 된다.However, as shown in the circuits of Figs. 2 and 3, the conventional equal charging unit only has a function of discharging the energy of the unit cell. That is, the lowest voltage among the cells is detected, and thus the charge state of all the cells must be dropped in accordance with the unit with the lowest state of charge. During even charging, the battery controller measures the voltage of each cell at regular intervals and decides whether or not to discharge the energy of each cell. Must be used to dissipate the energy of each unit. That is, the discharge time of the unit cell having a low state of charge becomes short, and the discharge time of the unit cell having a high state of charge becomes long.
종래 기술의 배터리 시스템은 모든 단전지의 충전상태를 가장 낮은 충전상태의 단전지에 맞추어서 균등 충전을 수행한다. 가장 낮은 충전상태의 단전지가 도 1의 경우와 같이 정상 동작범위보다 낮은 경우, 모든 단전지의 충전상태를 그 정상 동작범위의 상태에 맞추어야 하고, 이는 단전지의 수명을 줄이는 문제점을 일으킨다. 뿐만 아니라 배터리 시스템 전체의 충전상태가 상대적으로 너무 낮아져서 배터리 시스템이 정상적으로 동작할 수 없게 되는 문제점을 일으킨다.Prior art battery systems perform equal charging by matching the state of charge of all cells to the cell of the lowest state of charge. When the unit cell of the lowest state of charge is lower than the normal operating range as in the case of FIG. 1, the state of charge of all the unit cells must be adjusted to the state of the normal operating range, which causes a problem of reducing the life of the unit cell. In addition, the state of charge of the entire battery system is relatively low, causing the problem that the battery system can not operate normally.
본 발명은 하나 이상의 단전지들을 사이의 충전 상태를 검출하여, 절연형 전력변화기를 통하여, 정상 동작범위 이상의 충전상태로 이들 단전지들 사이의 전력(에너지)을 이동시킴으로써 단전지들을 균등하게 충전시키는, 배터리 시스템의 배터리 균등 충전 장치 및 배터리 균등 충전방법을 제공하는 데에 있다.The present invention detects a state of charge between one or more cells, and evenly charges the cells by moving power (energy) between these cells to a state of charge above the normal operating range through an insulated power transformer. Another object of the present invention is to provide a battery equalizing device and a battery equalizing method of a battery system.
본 발명에 따른 배터리 시스템의 배터리 균등 충전장치는, 하나 이상의 단전지들; 및 상기 단전지의 충전상태를 균등하게 유지시키는 배터리 균등 충전부를 구비한다. 여기서, 배터리 균등 충전부는 상기 각 단전지와 연결된 방전 저항기와 릴레이; 및 상기 릴레이를 통하여 상기 단전지들 사이에 전력(에너지)를 주고 받을 수 있게 하고, 그 1차 측 단자와 2차 측 단자가 상기 단전지들과 연결된 절연형 전력변환기를 구비한다.Battery equalizing apparatus of the battery system according to the present invention, one or more unit cells; And a battery charging unit for maintaining the state of charge of the unit cell evenly. Here, the battery equalizing unit includes a discharge resistor and a relay connected to each of the unit cells; And an insulated power converter capable of transmitting and receiving power (energy) between the unit cells through the relay, and having a primary terminal and a secondary terminal connected to the unit cells.
본 발명에 따른 배터리 시스템의 배터리 균등 충전방법은, 모든 단전지의 전압을 측정하는 단계; 상기 측정한 단전지의 전압을 바탕으로 충전상태를 파악하고 균등 충전이 필요한지 판단하는 단계; 균등 충전이 필요하다고 판단되면, 상기 모든 단전지의 충전 상태가 사전에 정해진 단전지의 정상동작 범위 이내에 있는지 여부를 파악하는 단계; 상기 단전지의 전압이 정상 동작범위의 하한값보다 작으면, 상대적으로 높은 충전상태에 있는 단전지로부터 정상 동작범위의 하한값보다 작은 전압을 갖는 단전지로 전력(에너지)을 공급하는 단계; 모든 단전지의 충전상태가 정상 동작범위가 되었다고 판단되면, 방전이 필요한 단전지가 방전되는 단계; 상기 방전된 단전지의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 측정한 방전된 단전지의 전압편차와 허용기준을 비교하여, 상기 방전된 단전지의 전압편차가 허용기준보다 작을 때까지, 단전지의 방전을 수행하고, 상기 방전된 단전지의 전압편차가 허용기준보다 작지 않으면 충전 과정을 끝마치는 단계를 구비한다.A battery equal charging method of a battery system according to the present invention includes the steps of measuring the voltage of all the unit cells; Determining a state of charge based on the measured voltage of the unit cell and determining whether an equal charge is required; If it is determined that equal charging is necessary, determining whether the state of charge of all the cells is within a predetermined range of normal operation of the unit cells; Supplying power (energy) to a unit cell having a voltage smaller than a lower limit of the normal operating range from the unit cell in a relatively high state of charge when the voltage of the unit cell is smaller than the lower limit of the normal operating range; If it is determined that the state of charge of all of the cells has reached a normal operating range, discharging the unit cells requiring discharge; Measuring a voltage of the discharged unit cell; And comparing the measured voltage deviation of the discharged unit cell with the acceptance criteria, and performing discharge of the unit cell until the voltage deviation of the discharged unit cell is smaller than the acceptance criterion, and performing the voltage deviation of the discharged unit cell. If is not less than the limit is provided to complete the filling process.
본 발명에 따른 배터리 시스템의 배터리 균등 충전장치 및 배터리 균등 충전방법은 모든 단전지의 충전상태를 검출하여, 절연형 전력변화기를 통하여, 정상 동작범위 이상의 충전상태로 이들 단전지들 사이의 전력(에너지)을 이동시킴으로써 단전지들을 균등하게 충전하기 때문에, 단전지의 수명을 상대적으로 늘일 뿐만 아니라 배터리 시스템의 수명도 늘릴 수 있다.The battery equalizing device and the battery equalizing method of the battery system according to the present invention detect the state of charge of all the unit cells, through the insulated power transformer, the power (energy) between the unit cells in the state of charge above the normal operating range Since the cells are evenly charged by moving), not only the life of the cells can be extended relatively, but also the life of the battery system can be extended.
도 1은 종래의 단전지 전압 측정 파형도이다.1 is a waveform diagram of a conventional single cell voltage measurement.
도 2는 종래 기술에 따른 균등충전부의 제1 예이다.2 is a first example of an equal charging unit according to the prior art.
도 3은 종래 기술에 따른 균등충전부의 제2 예이다.3 is a second example of an equal charge unit according to the prior art.
도 4는 종래의 균등충전 방법을 나타낸 순서도이다.Figure 4 is a flow chart showing a conventional equal charging method.
도 5는 본 발명에 따른 균등충전 회로도이다.5 is an even charging circuit diagram according to the present invention.
도 6은 본 발명의 절연형 전력 변환기의 1 실시예로서, DC/DC 컨버터의 회로 구성도이다.6 is a circuit diagram of a DC / DC converter as one embodiment of the isolated power converter of the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 2실시예로서, 푸시풀 (push-pull) 컨버터의 회로이다. 7 is a circuit of a push-pull converter as an embodiment of an insulated power converter according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 3실시예로서, 전-브리지 (full bridge) 컨버터의 회로이다. 8 is a circuit of a full bridge converter as a third embodiment of the isolated power converter according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 4실시예로서, 절반-브리지 (half bridge) 컨버터의 회로이다. 9 is a circuit of a half-bridge converter as a fourth embodiment of the isolated power converter according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 5실시예로서, 플라이백 (Flyback) 컨버터의 회로이다. 10 is a circuit of a flyback converter as a fifth embodiment of the isolated power converter according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 6실시예로서, 포워드 (Forward) 컨버터의 회로이다. 11 is a circuit of a forward converter as a sixth embodiment of the isolated power converter according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 균등충전 방법을 나타낸 순서도이다12 is a flow chart showing an equal charging method according to the present invention.
도면과 함께 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.The embodiment according to the present invention together with the drawings will be described in detail.
전기자동차, 연료전지 자동차, 또는 하이브리드 전기 자동차 등에 장착되는 고용량의 배터리 시스템은 안전회로부, 검출부, 온도조절부, 고장 검출부, 통신 제어부, 균등 충전부, 및 배터리 제어부를 포함한다.A high capacity battery system mounted on an electric vehicle, a fuel cell vehicle, or a hybrid electric vehicle includes a safety circuit unit, a detector, a temperature controller, a failure detector, a communication controller, an equal charging unit, and a battery controller.
안전회로부는 퓨즈, 회로차단기 및 돌입전류 제한용 저항기를 포함한다. 검출부는 단전지 전압 및 배터리 전체 전압, 배터리 내외부 온도, 배터리의 충방전 전류 등을 검출한다. 온도조절부는 배터리의 내부 온도를 일정 범위로 유지하고 관리한다. 고장 검출부는 배터리 시스템의 고장을 검출한다. 통신 제어부는 외부와 통신을 하는 기능을 수행한다. 균등 충전부는 단전지의 종류에 따라 단전지의 충전상태를 균등하게 유지시킨다. 배터리 제어부는, 단전지들 간의 전압으로 검출할 수 있는 충전상태가 크게 다른 경우, 단전지들 간의 충전상태를 일정 범위로 제어한다. The safety circuit section includes a fuse, a circuit breaker and a resistor for limiting the inrush current. The detector detects the unit cell voltage and the total battery voltage, the temperature inside and outside the battery, and the charge / discharge current of the battery. The thermostat maintains and manages the battery's internal temperature within a certain range. The failure detector detects a failure of the battery system. The communication controller performs a function of communicating with the outside. The equal charging unit maintains the state of charge of the unit cells evenly according to the type of unit cells. The battery controller controls the state of charge between the cells in a predetermined range when the state of charge detectable by the voltage between the cells is significantly different.
배터리 시스템의 전체 충전상태는, 배터리 시스템을 제어하여, 단전지의 전압을 측정하여 검출한다. 배터리 시스템을 제어하기 위해 단전지 전압을 측정, 유지 및 관리가 매우 중요하다. 배터리 충전상태는 배터리의 전압 상태로서 환산이 된다. 이러한 배터리 시스템의 수명을 일정기간 동안 보증하기 위해서, 배터리 제어부는 모든 단전지의 충전상태가 항상 일정 범위 내에서 동작하도록 유지 및 관리하여야 한다. 예를 들어, 배터리 시스템이 완전히 방전되거나 과충전이 되면, 배터리 시스템의 수명은 줄어들 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 배터리 시스템은 균등 충전부를 포함한다.The total state of charge of the battery system is controlled by detecting the voltage of the unit cell by controlling the battery system. Measuring, maintaining, and managing cell voltages is critical to controlling battery systems. The battery state of charge is converted to the voltage state of the battery. In order to guarantee the life of such a battery system for a certain period of time, the battery control unit must maintain and manage such that the state of charge of all the cells always operates within a certain range. For example, if the battery system is completely discharged or overcharged, the life of the battery system may be reduced. To avoid this problem, the battery system includes an equal charging unit.
도 5는 본 발명에 따른 균등충전부의 회로도로서, 복수의 단전지와, 각 단전지와 연결된 방전 저항기와 릴레이 (또는 회로 차단기), 및 릴레이 (또는 회로 차단기)를 통하여 복수의 단전지의 양극 및 음극과 연결된 절연형 전력변환기를 포함한다. 여기서, 절연형 전력변환기는 단전지들 사이에 전력(에너지)을 주고 받을 수 있게 하고, 그 1차 측 단자와 2차 측 단자가 복수의 단전지와 연결된다. 본 발명에 따른 절연형 전력변환기는 절연형 DC/DC 컨버터로 구현된다.5 is a circuit diagram of an equal charging unit according to the present invention, a plurality of cells, a discharge resistor and a relay (or a circuit breaker) connected to each unit cell, and the positive electrode of the plurality of cells through a relay (or a circuit breaker) and It includes an isolated power converter connected to the cathode. Here, the insulated power converter is capable of transmitting and receiving power (energy) between the single cells, the primary side terminal and the secondary side terminal is connected to a plurality of unit cells. The isolated power converter according to the present invention is implemented as an isolated DC / DC converter.
도 6은 본 발명의 절연형 전력 변환기의 1 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 회로 구성도이다.6 is a circuit diagram of a DC / DC converter according to an embodiment of the isolated power converter of the present invention.
DC/DC 컨버터는 릴레이 (또는 회로 차단기)를 통해서 단전지와 연결되고, 각각의 단전지와 연결되는 1차 및 2차 전력단, 1차 및 2차 전력단을 연결하는 변압기, 1차 전력단을 구동시키는 게이트 구동부(분리형 전원 발생부), 1차 전력단의 1차 전류 및 1차 전압을 검출하고 2차 전력단의 2차 전류와 2차 전압을 검출하는 배터리 제어부를 포함한다.DC / DC converter is connected to unit cell through relay (or circuit breaker), transformer connecting primary and secondary power stages, primary and secondary power stages connected to each unit cell, primary power stage A gate driver (separable power generation unit) for driving the battery control unit for detecting the primary current and the primary voltage of the primary power stage and the secondary current and the secondary voltage of the secondary power stage.
본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 1실시예 이외에 다른 실시예들은 도 7 내지 도 11에 나타나 있다. Other embodiments of the insulated power converter according to the present invention are shown in FIGS. 7 to 11.
도 7은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 2실시예로서, 푸시풀 (push-pull) 컨버터의 회로이다. 도 8은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 3실시예로서, 전-브리지 (full bridge) 컨버터의 회로이다. 도 9는 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 4실시예로서, 절반-브리지 (half bridge) 컨버터의 회로이다. 도 10은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 5실시예로서, 플라이백 (Flyback) 컨버터의 회로이다. 도 11은 본 발명에 따른 절연형 전력 변환기의 6실시예로서, 포워드 (Forward) 컨버터의 회로이다.7 is a circuit of a push-pull converter as an embodiment of an insulated power converter according to the present invention. 8 is a circuit of a full bridge converter as a third embodiment of the isolated power converter according to the present invention. 9 is a circuit of a half-bridge converter as a fourth embodiment of the isolated power converter according to the present invention. 10 is a circuit of a flyback converter as a fifth embodiment of the isolated power converter according to the present invention. 11 is a circuit of a forward converter as a sixth embodiment of the isolated power converter according to the present invention.
본 발명에 따른 균등 충전부의 실시예들이 도 6 내지 도 11에 나타나 있지만, 본 발명에 따른 배터리 시스템의 배터리 균등 충전하는 방법은 도 6에 나타낸 배터리 균등 충전부의 1실시예를 바탕으로 설명한다. 즉, 배터리 균등 충전장치의 2실시예 내지 6실시예는 1실시예와 같이 동작한다.6 to 11 show embodiments of the equal charging unit according to the present invention, a method of equally charging the battery of the battery system according to the present invention will be described based on an embodiment of the battery equalizing unit shown in FIG. That is, the second to sixth embodiments of the battery equalizing device operate as in the first embodiment.
도 12는 본 발명에 따른 배터리 시스템의 배터리 균등 충전방법을 나타낸 순서도이다.12 is a flowchart illustrating a battery equal charging method of a battery system according to the present invention.
먼저, 배터리 제어부가 모든 단전지의 전압을 측정한다 (S 11). 측정한 단전지의 전압을 바탕으로 충전상태를 파악하고 균등 충전이 필요한지 판단한다(S 12).First, the battery controller measures the voltage of all the cells (S 11). Based on the measured voltage of the unit cell to determine the state of charge and determine whether the equal charging is necessary (S 12).
균등 충전이 필요하다고 판단되면, 배터리 제어부는 모든 단전지의 충전 상태가 사전에 정해진 단전지의 정상동작 범위 이내에 있는지 여부를 파악한다(S 13). 만약 하나 이상의 단전지의 전압이 정상 동작범위의 하한값보다 작으면, 배터리 제어부는 상대적으로 높은 충전상태에 있는 단전지로부터 정상 동작범위의 하한값보다 작은 전압을 갖는 단전지로 전력(에너지)을 공급하게 된다(S 14). 이를 위해, 해당 릴레이 (또는 전원 차단기)를 ON 시키고 절연형 DC/DC 컨버터를 통해서 전력이 전달된다.When it is determined that equal charging is necessary, the battery controller determines whether the state of charge of all the cells is within a predetermined normal operating range of the unit cells (S 13). If the voltage of one or more cells is less than the lower limit of the normal operating range, the battery controller supplies power (energy) from the unit cell in a relatively high state of charge to a unit having a voltage smaller than the lower limit of the normal operating range. (S 14). To do this, the relay (or power breaker) is turned on and power is delivered through the isolated DC / DC converter.
이와 같이, 제어기는 단계(S 11)에서 단계(S 14)를 수행하면서, 모든 단전지의 충전상태가 정상 동작범위가 될 때까지, 일정 시간 동안 단전지 충전상태를 검출하면서 이 작업을 반복한다. 예를 들어, 도 1에서, 정상 동작범위 이하의 전압값을 갖는 5번 단전지에 4번 단전지와 2번 단전지와 같이 상대적으로 높은 충전상태를 보이는 단전지의 전력이 전달됨으로써, 모든 단전지가 정상 동작범위 내의 충전상태가 된다.As such, the controller repeats this operation while performing the step S 14 in step S 11, detecting the state of charge of the unit cell for a predetermined time until the state of charge of all of the unit cells is within the normal operating range. . For example, in FIG. 1, power of a single cell showing a relatively high state of charge, such as unit 4 and unit 2, is transferred to unit 5, which has a voltage value below the normal operating range. Will be charged within the normal operating range.
이러한 충전동작을 반복하는 동안, 모든 단전지의 충전상태가 정상 동작범위가 되었다고 판단되면, 방전이 필요한 단전지가 릴레이(또는 전원차단기)를 통하여 방전된다(S 15). 그 다음에 단전지 전압을 측정한다(S 16). 측정한 단전지의 전압편차와 허용기준을 비교하여(S 17), 단전지의 전압편차가 허용기준보다 작을 때까지, 단전지의 방전을 수행하고, 단전지의 전압편차가 허용기준보다 작지 않으면 충전 과정을 끝마친다.During this charging operation, if it is determined that the state of charge of all of the cells has reached the normal operating range, the cells requiring discharge are discharged through the relay (or power breaker) (S15). Then, the unit cell voltage is measured (S 16). By comparing the measured voltage deviation and the acceptance criteria of the unit cell (S 17), the discharge of the unit cell is performed until the voltage deviation of the unit cell is smaller than the acceptance criteria. Complete the charging process.
본 발명의 실시예에서, 균등 충전시간이 충분하거나 특정 목적에 따라, 모든 단전지의 전력(에너지)을 방전 저항기를 통해 소모시키지 않고 높은 충전 상태의 단전지로부터 낮은 충전상태의 단전지로 전력(에너지)을 이동시킴으로써 균등 충전과정을 수행할 수 있다. 이런 경우 절연형 전력변환기의 수가 한정되어 있으므로 균등 충전 시간이 상대적으로 많은 소요될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the power (energy) from a high charged single cell to a low charged single cell without being consumed through the discharge resistor is sufficient for even charging time or for a particular purpose. ), The equal charging process can be carried out. In this case, since the number of insulated power converters is limited, even charging time may be relatively high.
다른 방법으로는 균등 충전 허용 시간 내에 균등 충전을 끝마칠 수 있는 연산을 통해 가능한 한 가장 낮은 단전지의 충전상태를 절연형 전력 변환기를 통해 높인 후 균등 충전 과정을 수행할 수 있다.Alternatively, an even charge process can be performed by increasing the state of charge of the lowest cell through an isolated power converter by performing calculations to finish the charge evenly within the allowable charge time.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Although the above has been shown and described with respect to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, in the technical field to which the present invention pertains without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes will fall within the scope of the claims set forth.
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