KR20110101491A - Cell balance method in a battery pack using sub-cell - Google Patents

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Abstract

기존의 방식대부분은 만 충전 이후에 공급되는 에너지를 저항에 bypass 하여 열로 소비하는 방식으로 이 방식은 에너지를 낭비하는 결과를 초래 할 뿐 만 아니라 가장 전압이 낮은 cell을 기준으로 cell balancing을 함으로 battery pack 전체의 충전 량이 bypass 하는 에너지 만큼 줄어 들게 되고cell balancing 하는데 장시간이 소요된다.
따라서 급속 충전 방전을 되풀이하는 응용에서는 기존의 cell balancing기법을 사용하면 cell의Balancing을 할 수 있는 충분한 시간적 여유가 없어 battery pack을 cell un-balance로부터 보호를 할 수가 없게 된다.
본 발명에서는 종래의 Cell Balancing 할 때 에너지를 열로 소비하는 대신 이 에너지를 보조 Cell에 저장하였다가 사용하는 방식이다.
본 발명에서는 Main Cell에 병렬로 Main Cell 보다 용량이 작은 보조 Cell을 연결하고 여기에 전류 제어 회로를 포함하여 Cell 모듈을 구성하고 이 Cell모듈들을 사용하여 Battery Pack을 조립함으로서 Cell Unbalance로 야기되는 문제 즉 먼저 충전된 Cell의전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승되는 것을 방지하여 cell (main cell) 의 un-balancing 문제를 해결한다.In most cases, the energy supplied after charging is bypassed to the resistor and consumed as heat. This method not only wastes energy but also performs cell balancing based on the lowest voltage cell. The total charge is reduced by the bypassing energy and takes a long time to balance the cell.
Therefore, in the application of repetitive fast charging and discharging, the conventional cell balancing technique does not allow sufficient time for balancing the cells, and thus the battery pack cannot be protected from cell un-balance.
In the present invention, instead of consuming energy as heat during conventional cell balancing, the energy is stored in an auxiliary cell and used.
In the present invention, a problem caused by cell unbalance is caused by connecting a secondary cell having a smaller capacity than the main cell in parallel to the main cell, configuring a cell module including a current control circuit, and assembling a battery pack using the cell modules. First, it solves the un-balancing problem of the cell (main cell) by preventing the voltage of the charged cell from rising above the charging end voltage.

Description

보조 셀을 사용하여 셀 밸런싱을 하는 방법{Cell balance method in a battery pack using sub-cell}Cell balance method in a battery pack using sub-cell}

본 발명은 보조 셀을 사용하여 셀 밸런싱을 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for cell balancing using an auxiliary cell.

여러 개의 Cell(단전지)을 조합하여 Battery Pack을 구성 할 때 해결해야 하는 문제가 cell balancing 이다. Battery pack 을 충전 할 때, Battery Pack을 구성하는 각 Cell의 용량 편차(cell unbalance)로 인해 각 Cell의 충전 속도가 다르고 이로 인해 먼저 충전된 Cell은 과 충전되게 되고 과 충전된 Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승하게 되어 Cell이 파손되거나 폭발의 위험성이 발생한다. 이런 문제를 해결하기 위해 Battery Pack을 충전 할 때 사용하는 기법이 Cell Balancing이다. Cell balancing is a problem that must be solved when composing a battery pack by combining several cells. When charging the battery pack, the charging speed of each cell is different due to the cell unbalance of each cell constituting the battery pack, which causes the first charged cell to be overcharged and the voltage of the overcharged cell stops charging. It may rise above the voltage, causing damage to the cell or the risk of explosion. To solve this problem, Cell Balancing is a technique used to charge the battery pack.

기존의 Cell Balancing 기법에서는 Cell Balancing회로를 BMS(Battery Management System) 회로에 포함하여 Battery Pack을 충전 할 때 Battery Pack을 구성하는 각 Cell들의 전압을 감지하여Cell이 만 충전이 되면 Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상 상승되지 않도록 각 Cell 에 공급되는 충전 에너지를 제어한다. Conventional Cell Balancing technique includes Cell Balancing circuit in BMS (Battery Management System) circuit and detects the voltage of each cell constituting battery pack when charging the battery pack. The charging energy supplied to each cell is controlled so as not to rise above the voltage.

이러한 기존의 방식대부분은 만 충전 이후에 공급되는 에너지를 저항에 bypass 하여 열로 소비하는 방식으로 이 방식은 에너지를 낭비하는 결과를 초래 할 뿐 만 아니라 가장 전압이 낮은 cell을 기준으로 cell balancing을 함으로 battery pack 전체의 충전 량이 bypass 하는 에너지만큼 줄어들게 되고 cell balancing 하는데 장시간이 소요된다. Most of these conventional methods use energy bypassed after charging to bypass heat and consume it as heat. This method not only wastes energy but also balances cells based on the lowest voltage. The total charge of the pack is reduced by the bypassing energy, and cell balancing takes a long time.

따라서 급속 충전 방전을 되풀이하는 응용에서는 기존의 cell balancing기법을 사용하면 cell의Balancing을 할 수 있는 충분한 시간적 여유가 없어 battery pack을 cell un-balance로부터 보호를 할 수가 없게 된다.Therefore, in the application of repetitive fast charging and discharging, the conventional cell balancing technique does not allow sufficient time for balancing the cells, and thus the battery pack cannot be protected from cell un-balance.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 Cell Unbalance로 야기되는 문제 즉 먼저 충전된 Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승되는 것을 방지하여 cell(main cell)의 un-balancing 문제를 해결하는 보조 셀을 사용하여 셀 밸런싱을 하는 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to prevent a problem caused by Cell Unbalance, that is, prevent the voltage of a previously charged Cell from rising above the end voltage of charging a cell (main cell). The present invention provides a method for cell balancing using an auxiliary cell that solves the un-balancing problem of the system.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 본 발명에서는 종래의 Cell Balancing 할 때 에너지를 열로 소비하는 대신 이 에너지를 보조 Cell에 저장하였다가 사용하는 방식이다.In order to achieve the object as described above, the present invention, in the present invention is a method of storing and using the energy in the secondary cell instead of consuming energy as heat in the conventional cell balancing.

Main Cell에 병렬로 Main Cell 보다 용량이 작은 보조 Cell을 연결하고 여기에 전류 제어 회로를 포함하여 Cell 모듈을 구성하고 이 Cell모듈들을 사용하여 Battery Pack을 조립한다.In parallel with the main cell, connect the auxiliary cell with smaller capacity than the main cell, configure the cell module including the current control circuit, and assemble the battery pack using these cell modules.

이와 같은 본 발명은 충전이 시작되면 충전전류는 자연히 저항이 작은 A 루프를 통해 더 많이 흐르게 되어 Main Cell의 충전이 우선적으로 이루어진다. In the present invention, when charging is started, the charging current naturally flows through the A loop having a small resistance, and thus charging of the main cell is preferentially performed.

또한, B 루프에는 PTC가 직렬로 연결되어 있어 CC/CV 충전 방식의 충전 초기에 흐르는 큰 충전 전류가 보조 Cell로 유입되는 것을 방지한다.In addition, PTC is connected in series to the B loop to prevent large charge current flowing in the initial stage of the CC / CV charging method from flowing into the secondary cell.

따라서 CC/CV 충전 시 CC구간에서는 보조 Cell에 전류 거의 유입되지 않는다. 또한 보조 Cell에 직렬로 연결되어 있는 저항이 B루프의 저항을 높이기 때문에 Main Cell의 충전이 완료되어 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압이 되기까지는 충전 전류가 B루프로 유입되는 것을 억제하여 준다. 따라서 Main Cell이 먼저 충전된다. Main Cell의 충전이 완료되고 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압에 도달한 이후에도 더 이상의 충전 전류가 A 루프에 유입되면 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승 되게 되는데 이때 이 높은 전압이 B루프에 걸려 이때부터 보조 Cell이 충전되기 시작한다.Therefore, when charging CC / CV, almost no current flows into auxiliary cell in CC section. In addition, since the resistance connected in series to the auxiliary cell increases the resistance of the loop B, it suppresses the charging current from flowing into the loop B until the charging of the main cell is completed and the voltage of the main cell becomes the end voltage of charging. Therefore, the Main Cell is charged first. After charging of the main cell is complete and further charging current flows into the A loop even after the voltage of the main cell reaches the end-of-charge voltage, the voltage of the main cell rises above the end-of-charge voltage. At this point, the secondary cell begins to charge.

다시 말해 Main cell에 추가로 유입되는 충전 에너지는 보조 Cell을 충전하는데 사용이 되고 이 결과 보조 Cell이 충전되는 동안 Main Cell의 전압은 충전종지 전압 이상으로 상승하지 않는다.In other words, the additional charging energy flowing into the main cell is used to charge the auxiliary cell. As a result, the voltage of the main cell does not rise above the end-of-charge voltage while the auxiliary cell is being charged.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 셀 모듈의 구성이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 스위칭 회로를 포함하는 셀 모듈의 구성이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 셀 모듈의 충전 메카니즘이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 n개의 셀 모듈을 직렬로 연결하여 구성한 배터리 팩이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 셀 모듈을 직, 병렬로 연결하여 구성한 배터리팩의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 n개의 스위칭 회로를 포함하는 Cell 모듈을 직렬로 연결하여 구성 한 Battery Pack의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 스위칭 회로를 포함하는 셀 모듈을 직렬과 병렬로 연결하여 구성한 배터리 팩의 구성도이다.1 is a configuration of a cell module applied to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration of a cell module including a switching circuit applied to an embodiment of the present invention.
3 is a charging mechanism of a cell module applied to an embodiment of the present invention.
4 is a battery pack configured by connecting n cell modules in series to explain an embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a battery pack configured by connecting the cell modules in parallel, in order to explain the embodiment of the present invention.
6 is a configuration diagram of a battery pack configured by connecting a cell module including n switching circuits in series to explain an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a battery pack in which a cell module including a switching circuit is connected in series and in parallel to explain an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

기존의 Cell Balancing에서는 Battery Pack을 충전하면서 각 Cell의 전압을 감지하여 Battery Pack의 충전 시 Battery Pack을 구성하는 어느 한 Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 올라가면 Cell Balancing을 한다. Conventional Cell Balancing senses the voltage of each cell while charging the battery pack, and performs cell balancing when the voltage of any cell constituting the battery pack rises above the end-of-charge voltage when charging the battery pack.

이때 대부분의 경우 Cell Balancing을 하기 위해 만 충전된 Cell에 유입되는 전류를 저항에 Bypass 하여 열로 소비함으로서 만 충전된 Cell의 전압이 충전 종지 전압보다 높아지는 것을 방지한다.At this time, in most cases, the voltage of the charged cell is prevented from becoming higher than the end voltage of charging by dissipating the current flowing into the charged cell only by heat to the resistor and dissipating it as heat.

본 발명에서는 도 1 과 도 2에 보인 것과 같이 충전하는 Main Cell에 병렬로 보조 Cell과 전류 제어 회로를 연결하여 cell module을 구성한다.In the present invention, as shown in Figs. 1 and 2, the secondary cell and the current control circuit are connected to the main cell to charge in parallel to configure a cell module.

도 1에서는 보조 Cell에 직렬로 PTC와 저항을 직렬로 연결하여 Cell모듈을 구성한다. In FIG. 1, a PTC module and a resistor are connected in series to a secondary cell to configure a cell module.

여기서 PTC는 보조 Cell에 필요 이상의 전류가 유입되는 것을 방지하고 저항은 Cell의 충전 전류의 양을 제어한다. 온도 센서는 cell module의 온도를 감지하고 BMS에 는 이 온도 정보를 이용해battery pack의 보호 회로 등의 동작에 이용한다.Here PTC prevents more current from flowing into the secondary cell and resistance controls the amount of charge current in the cell. The temperature sensor senses the temperature of the cell module and the BMS uses this temperature information to operate the battery pack's protection circuit.

도 1의 Cell모듈이 충전되는 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the process of charging the Cell module of Figure 1 as follows.

도 3 에서 보인 것과 같이 Cell 모듈을 충전 하면 충전 전류는 A 루프와 B 루프를 통해 흐르게 된다.As shown in FIG. 3, when charging the Cell module, the charging current flows through the A loop and the B loop.

여기서 A 루프의 저항이 B 루프의 저항보다 작다. 그 이유는 Main Cell의 용량이 보조 Cell의 용량보다 크기 때문에 Main Cell의 내부 저항이 보조 Cell의 내부 저항보다 작고 또한 보조 Cell에는 직렬로 PTC와 저항이 연결되어 있기 때문이다.Where the resistance of the A loop is less than the resistance of the B loop. This is because the main cell's capacity is larger than the auxiliary cell's capacity, so the main cell's internal resistance is smaller than the auxiliary cell's internal resistance, and the auxiliary cell has a PTC and a resistor connected in series.

충전이 시작되면 충전전류는 자연히 저항이 작은 A 루프를 통해 더 많이 흐르게 되어 Main Cell의 충전이 우선적으로 이루어진다. 또한, B 루프에는 PTC가 직렬로 연결되어 있어 CC/CV 충전 방식의 충전 초기에 흐르는 큰 충전 전류가 보조 Cell로 유입되는 것을 방지한다.When charging begins, the charging current naturally flows more through the A loop, which has a smaller resistance, so that charging of the main cell takes precedence. In addition, PTC is connected in series to the B loop to prevent large charge current flowing in the initial stage of the CC / CV charging method from flowing into the secondary cell.

따라서 CC/CV 충전 시 CC구간에서는 보조 Cell에 전류 거의 유입되지 않는다. 또한 보조 Cell에 직렬로 연결되어 있는 저항이 B루프의 저항을 높이기 때문에 Main Cell의 충전이 완료되어 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압이 되기까지는 충전 전류가 B루프로 유입되는 것을 억제하여 준다. 따라서 Main Cell이 먼저 충전된다. Therefore, when charging CC / CV, almost no current flows into auxiliary cell in CC section. In addition, since the resistance connected in series to the auxiliary cell increases the resistance of the loop B, it suppresses the charging current from flowing into the loop B until the charging of the main cell is completed and the voltage of the main cell becomes the end voltage of charging. Therefore, the Main Cell is charged first.

Main Cell의 충전이 완료되고 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압에 도달한 이후에도 더 이상의 충전 전류가 A 루프에 유입되면 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승 되게 되는데 이때 이 높은 전압이 B루프에 걸려 이때부터 보조 Cell이 충전되기 시작한다.After charging of the main cell is complete and further charging current flows into the A loop even after the voltage of the main cell reaches the end-of-charge voltage, the voltage of the main cell rises above the end-of-charge voltage. At this point, the secondary cell begins to charge.

다시 말해 Main cell에 추가로 유입되는 충전 에너지는 보조 Cell을 충전하는데 사용이 되고 이 결과 보조 Cell이 충전되는 동안 Main Cell의 전압은 충전종지 전압 이상으로 상승하지 않는다.In other words, the additional charging energy flowing into the main cell is used to charge the auxiliary cell. As a result, the voltage of the main cell does not rise above the end-of-charge voltage while the auxiliary cell is being charged.

이제 이 Cell모듈들을 도 4와 같이 직렬로 n개 연결하여 Battery Pack을 구성한다. 이렇게 구성된 Battery Pack을 충전 할 경우 Battery Pack을 구성하는 Main Cell들이 과충전으로 인한 과전압으로부터 어떻게 보호되는지를 설명하면 다음과 같다.Now, these Cell modules are connected in series as shown in FIG. 4 to form a battery pack. When charging the battery pack configured as described above, how the main cells constituting the battery pack are protected from overvoltage due to overcharge is as follows.

Battery Pack의 (+), (-) 터미널에 충전기를 연결하여 충전을 시작하면 각 Cell 모듈들이 동시에 충전되기 시작한다. 이때 앞서 설명 한 대로 각 Cell모듈에서 충전은 Main Cell들이 우선 충전된다.When charging is started by connecting the charger to the (+) and (-) terminals of the battery pack, each cell module starts to be charged at the same time. At this time, the main cells are charged first in each cell module as described above.

여기서 Cell Un-balance 로 인해 Cell 모듈 2가 먼저 만 충전이 되었다고 (또는 먼저 충전 종지 전압에 도달하였다고) 가정하자.Assume that Cell Module 2 is only charged first (or has reached the end-of-charge voltage first) due to Cell Un-balance.

Cell모듈 2의 Main Cell이 만 충전되고 계속하여 충전 전류가 Main Cell에 공급되면 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압이상으로 상승 하기 시작한다. 이 경우 Main Cell의 전압은 B 루프에 걸리게 되는데 B 루프에 충전 종지 전압이 걸리면 보조 Cell이 충전을 시작하게 된다. When the main cell of the cell module 2 is fully charged and the charging current is continuously supplied to the main cell, the voltage of the main cell starts to rise above the end voltage of charging. In this case, the voltage of the main cell is applied to the B loop. When the end voltage of charging is applied to the B loop, the secondary cell starts charging.

따라서 Main Cell이 만 충전이 되고 이어서 Main Cell에 추가로 공급되는 충전 에너지는 보조 Cell을 충전하는데 사용되고 보조 Cell을 충전하는 동안은 Main Cell의 추가 전압 상승은 일어나지 않는다.Therefore, the main cell is fully charged, and then the additional charging energy that is additionally supplied to the main cell is used to charge the auxiliary cell, and no additional voltage rise of the main cell occurs while charging the auxiliary cell.

이렇게 Cell 모듈2가 보조 Cell을 충전하는 동안 다른 Cell 모듈들이 충전을 계속 하게 되며 예를 들어 Cell모듈3 이 Cell Unbalance로 인해 다른 Cell 모듈들 보다 먼저 충전이 되는 경우 앞서 설명한 대로 먼저 만 충전된 Cell모듈3 의 Main Cell은 추가로 공급받는 충전 에너지를 Cell 모듈 3의 보조 Cell을 충전하는데 사용하게 되며 이때 Main Cell의 전압은 Main Cell이 보조 Cell을 충전하는 동안 충전 종지 전압 이상으로 상승하지 않는다.In this way, other Cell modules continue to charge while Cell Module 2 charges the secondary cell.For example, if Cell Module 3 charges before other Cell modules due to Cell Unbalance, the first-charged Cell module The main cell of 3 uses additional charging energy to charge the auxiliary cell of the cell module 3, and the voltage of the main cell does not rise above the end-of-charge voltage while the main cell charges the auxiliary cell.

이렇게 하여 Battery Pack의 모든 Cell모듈들이 차례로 만 충전이 되게 되며 Battery Pack을 구성하는 모든 Cell모듈들이 만 충전되면 Battery Pack의 전압이 (충전 종지 전압 ) x n의 값을 갖게 된다. Battery Pack의 전압이(충전 종지 전압) x n의 값이 되면 충전기가 충전을 종료한다.In this way, all the cell modules of the battery pack are only charged one by one. When all the cell modules constituting the battery pack are charged, the voltage of the battery pack has a value of (charge end voltage) x n. The charger stops charging when the voltage of the battery pack reaches a value of x n (end-of-charge voltage).

따라서 Battery Pack을 구성하는 모든 Cell모듈들의 Main Cell들은 Cell의 Un-balance와 관계없이 만 충전된다.Therefore, the main cells of all the cell modules of the battery pack are charged only regardless of the unbalance of the cells.

Cell 모듈에 있는 보조 Cell들은 Main Cell들의 Cell Un-balance 정도에 따라 충전의 양이 각 각 다르게 된다. Battery Pack의 출력은 Main Cell들로부터 나오기 때문에 보조 Cell의 충전양의 차이가 있는 것은 문제가 되지 않는다.The secondary cells in the cell module have different amounts of charge depending on the cell unbalance of the main cells. Since the output of the battery pack comes from the main cells, it is not a problem that there is a difference in the charge amount of the auxiliary cells.

Battery Pack의 방전 메커니즘을 설명하면 다음과 같다. Battery Pack의 방전 시 Main Cell의 용량이 보조 Cell 보다 크고 A 루프의 저항이 B 루프보다 작기 때문에 Main Cell이 속한 A루프를 통해 방전이 우선적으로 일어난다. 이렇게 방전이 진행됨에 따라 Main Cell의 전압이 내려가게 된다. The discharge mechanism of the battery pack is described as follows. When the battery pack is discharged, the discharge occurs preferentially through the A loop to which the main cell belongs because the capacity of the main cell is larger than the auxiliary cell and the resistance of the A loop is smaller than the B loop. As the discharge proceeds, the voltage of the main cell decreases.

Main Cell의 전압이 보조 Cell의 전압 보다 상대적으로 빨리 내려가게 되며 Main Cell의 전압이 보조 Cell의 전압보다 더 낮아지면 이제는 충전 시와는 반대로 보조 Cell이 Main Cell을 충전하면서 보조 Cell에 충전되어 있는 에너지를 사용하게 된다.When the voltage of the main cell decreases relatively faster than the voltage of the secondary cell, and the voltage of the main cell becomes lower than the voltage of the secondary cell, the energy stored in the secondary cell is charged while the secondary cell charges the main cell as opposed to charging. Will be used.

원하는 용량을 가진 battery pack을 구성하기 위해 도5에 보인 것과 같이 cell module을 여러 개 직, 병렬을 할 수 있다.In order to configure a battery pack having a desired capacity, as shown in FIG. 5, the cell modules may be serially connected in parallel.

도 2에 보인 것은 도1의 cell 모듈의 PTC와 저항을 스위칭 회로로 대치 한 것으로 보조 cell을 사용하여 cell Un-balance로 야기되는 문제 즉 battery pack의 충전 시 먼저 충전된 Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승되는 것을 방지하여 Cell un-balancing 문제를 해결하는 것에 대한 동작원리는 도 1과 동일하다.As shown in FIG. 2, the PTC and the resistance of the cell module of FIG. 1 are replaced with a switching circuit. The problem caused by cell un-balance using an auxiliary cell, that is, the voltage of the first charged cell when the battery pack is charged is the end-of-charge voltage. The operation principle for solving the cell un-balancing problem by preventing the above rise is the same as in FIG.

다시 말해 Main cell이 만 충전되면 main cell이 보조cell을 충전하게 되고 보조 cell이 충전되는 동안 main cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승되는 것이 방지된다. In other words, when only the main cell is charged, the main cell charges the auxiliary cell, and the voltage of the main cell is prevented from rising above the end-of-charge voltage while the auxiliary cell is being charged.

도 2에 보인 cell모듈에서는 스위칭 회로가 main cell의 전압을 감지하여 전압이 4.15V가 되면 (이 전압은 프로그램 할 수 있다) main cell을 보조 cell에 병렬로 연결하여 Main cell로 하여금 보조 cell을 충전하도록 한다. 또한 스위칭 회로는 main cell과 보조 cell의 전압, 전류, 온도를 감지하여 BMS에 보내 준다. In the cell module shown in Fig. 2, when the switching circuit senses the voltage of the main cell and the voltage reaches 4.15V (this voltage can be programmed), the main cell is charged in parallel by connecting the main cell to the auxiliary cell in parallel. Do it. In addition, the switching circuit senses the voltage, current, and temperature of the main and auxiliary cells and sends them to the BMS.

BMS는 스위칭 회로에서 보내온 정보를 활용하여 battery pack의 보호회로 구동, 잔량 측정, battery pack의 수명 측정, cell의 교체 시기 등을 알리는 기능을 수행한다. The BMS uses the information sent from the switching circuit to operate the protection circuit of the battery pack, to measure the remaining capacity, to measure the life of the battery pack, and to notify the time of cell replacement.

또한, BMS는 스위칭 회로에 제어 신호를 보내 스위칭 회로를 제어한다. In addition, the BMS sends a control signal to the switching circuit to control the switching circuit.

방전 모드에서는 main cell의 전압이 보조 cell의 전압보다 낮을 경우 보조 cell이 main cell을 충전하며 또한 보조 cell이 부하 측으로 전류를 공급하면서 보조 cell 에 저장해 놓았던 에너지를 사용한다.In the discharge mode, when the voltage of the main cell is lower than the voltage of the secondary cell, the secondary cell charges the main cell and also uses the energy stored in the secondary cell while supplying current to the load side.

스위칭 소자는 FET, IGBT 또는 Relay 등을 사용 할 수 있으며 스위칭 회로의 구성은 일반적인 것이므로 여기서는 이에 대한 설명을 생략한다.The switching element may use FET, IGBT or Relay, and since the configuration of the switching circuit is a general one, the description thereof is omitted here.

여기서 스위칭 회로의 전력 소비를 줄이기 위해 스위칭 회로의 전원을 차단하는 relay를 cell module에 포함하고 이를 BMS가 제어하는 방식을사용 할 수도 있다.In this case, in order to reduce power consumption of the switching circuit, a cell module may include a relay that cuts off the power of the switching circuit and the BMS may control it.

원하는 용량의 battery pack을 얻기 위해 cell module들을 도 6과 도 7에 보인 것과 같이 직병렬을 하여 battery pack을 구성한다.In order to obtain a battery pack having a desired capacity, cell modules are configured in parallel to form a battery pack as shown in FIGS. 6 and 7.

이상 설명 한 바와 같이 Cell 모듈에 들어 있는 보조 Cell은 Main Cell의 과 충전을 방지하고 Battery Pack을 구성하는 모든 Main Cell들이 만 충전 될 수 있도록 한다.As described above, the auxiliary cell in the cell module prevents overcharging of the main cell and only the main cells constituting the battery pack can be charged.

보조 Cell의 용량은 Main Cell의 용량, 종류와 응용 시스템의 구성에 따라 차이가 있을 수 있지만 보조 Cell의 용량은 Main Cell 용량의 5%에서 10% 정도로 한다. 그러나 이 수치가 절대적인 것은 아니다.The capacity of the auxiliary cell may vary depending on the capacity, type and application system of the main cell, but the capacity of the auxiliary cell is about 5% to 10% of the capacity of the main cell. But this is not absolute.

PTC의 규격은 Battery Pack의 CC/CV 충전의 CC 구간 전류에 비례하여 사용하며 CC 전류의 2% - 10%에서 트립할 수 있는 것으로 선택한다.The PTC specification is used in proportion to the CC section current of the CC / CV charging of the battery pack, and is selected to trip from 2% to 10% of the CC current.

저항의 값은 Main Cell의 용량, 종류와 응용 시스템의 구성에 따라 다를 수 있지만 Main Cell의 C Rate 기준으로 2.5C - 7.5C 정도로 한다. 그러나 이 값이 절대적인 것은 아니다.The value of the resistance may vary depending on the capacity, type and application system of the main cell, but it should be about 2.5C-7.5C based on the C rate of the main cell. However, this value is not absolute.

Claims (4)

도 1에 보인 것과 같이 Cell모듈을 구성하여 충전을 하여 Main Cell이 만 충전 된 후에도 Main Cell이 보조 Cell을 충전하는 동안 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승하지 못하게 한 것.As shown in Fig. 1, the cell module is configured to charge the main cell so that the voltage of the main cell does not rise above the end-of-charge voltage while the main cell is charging the auxiliary cell even after the main cell is fully charged. 도 2에 보인 것과 같이 Cell모듈을 구성하여 충전을 하여 Main Cell이 만 충전 된 후에도 Main Cell이 보조 Cell을 충전하는 동안 Main Cell의 전압이 충전 종지 전압 이상으로 상승하지 못하게 한 것.As shown in Fig. 2, the cell module is configured to charge the main cell so that the voltage of the main cell does not rise above the end-of-charge voltage while the main cell is charging the auxiliary cell even after the main cell is fully charged. 도 1과 도 2에 보인 cell module들을 직렬 및 병렬로 연결하여 Battery Pack을 조립하여 충전 시 Cell Un-Balance로 인해 야기되는 문제를 해결 한 것.To solve the problem caused by Cell Un-Balance when assembling the battery pack by connecting the cell modules shown in Figure 1 and 2 in series and parallel. 도 1과 도 2에 보인 것과 같이 Cell모듈을 구성하여 충전 과정에서 cell unbalance를 해소하기 위해 bypass 한 에너지를 회수하여 방전 시 이를 사용하는 것.1 and 2 to recover the energy bypassed to solve the cell unbalance during the charging process by configuring the cell module to use it when discharging.
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