KR20120085527A - Apparatus and method for controlling emergency charging in electric vehicle and battery pack equipped with it - Google Patents

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KR20120085527A
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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for controlling emergency charging in electric vehicles and a battery pack including the same are provided to lead safe and stable operation of vehicles by effectively interfacing information about the current condition of a battery. CONSTITUTION: A switching unit(110) switches the power flow generated by charging and discharging of a battery module(10). A sensing unit(120) senses the voltage of a secondary battery cell. An over discharge control unit(130) blocks the power flow to prevent the discharge of the battery when the sensed voltage is lower than a first regular voltage.

Description

전기 차량의 비상충전 제어 장치와 방법 및 이를 구비한 배터리 팩{Apparatus and method for controlling emergency charging in electric vehicle and battery pack equipped with it}Apparatus and method for controlling emergency charging in electric vehicle and battery pack equipped with it}

본 발명은 전기 차량에 탑재되는 리튬 이차전지 배터리를 제어하는 장치와 방법 및 이를 구비한 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전기 차량의 전력 구동원을 제공하는 배터리가 과방전 모드 등에 진입하는 경우, 배터리에 대한 충전 또는 방전에 대한 현재 상태를 효과적으로 반영하여 이에 대한 배터리의 모드를 유기적으로 전환 및 적용시킴으로써, 배터리를 보호함과 동시에 전기 차량이 더욱 안전하고 안정적으로 운용되도록 유도할 수 있는 전기 차량의 비상충전 제어장치와 방법 및 이를 구비한 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a lithium secondary battery battery mounted in an electric vehicle, and a battery pack having the same. More particularly, when a battery providing a power driving source of an electric vehicle enters an over-discharge mode or the like, By effectively reflecting the current state of charging or discharging of the battery and organically switching and applying the mode of the battery, it is possible to protect the battery and induce the electric vehicle to operate more safely and stably. Emergency charging control device and method and a battery pack having the same.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.The secondary battery has high applicationability and high electrical density such as electric power, and is widely used for electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HVs) driven by electric driving sources as well as portable devices. It is applied.

이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.The secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels is generated, but also no by-products of energy use are generated.

최근에는, 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지의 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있으며 상기 이차전지는 이러한 스마트 그리드 시스템에서의 효과적인 에너지 저장 및 활용원으로도 주목되고 있다.Recently, the issue of depletion of energy resources by fossil fuels, the issue of environmental pollution, the economics of the use of energy, etc. have been highlighted, effectively overcoming inconsistencies between power consumption and power production, In order to solve the overload phenomenon caused by waste and insufficient power supply, the concept of a smart grid system that dynamically adjusts the power supply in connection with various information communication infrastructures has been actively researched. It is also attracting attention as an energy storage and utilization source.

이차전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.When the secondary battery is implemented as a battery such as a mobile terminal, this may not necessarily be the case. However, as described above, a battery applied to an electric vehicle or an energy storage source is generally used in the form of a plurality of unit secondary battery cells. This makes it suitable for high capacity environments.

도 1에 상징적으로 도시된 바와 같이 이차전지 셀(1)이 복수 개 집합된 배터리 모듈(10)이 전기 차량에 적용되는 경우, 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 알고리즘이 적용되어 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 즉, 배터리 관리 장치(30) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.As symbolically illustrated in FIG. 1, when the battery module 10 having a plurality of secondary battery cells 1 assembled therein is applied to an electric vehicle, electric power supply control, current, voltage, etc., for driving loads such as a motor may be applied. Battery management, that is, battery management system (BMS) that monitors and controls the state of secondary batteries by applying algorithms for characteristic value measurement, charge / discharge control, voltage equalization control, SOC (state of charge), etc. The device 30 is additionally included.

상기 배터리 관리 장치(30)는 전자 제어 소자(31) 등을 제어하여 앞서 설명된 바와 같이 모터 등의 구동 부하 등으로 이루어지는 차량 시스템(20)에 공급되는 전력 계통을 제어하며, 또한, 배터리 모듈(10)의 현재 SOC, SOH(State Of Health) 등에 대한 정보를 차량 시스템(20) 측으로 전달하여 사용자 내지 운전자에게 현재 배터리의 상태 정보 등을 인터페이싱하도록 구성된다.The battery management apparatus 30 controls the electronic control element 31 or the like to control the power system supplied to the vehicle system 20 made of a driving load such as a motor as described above, and further includes a battery module ( Information about the current SOC, state of health (SOH), and the like of FIG. 10 to the vehicle system 20 to interface the state information of the current battery to the user or the driver.

앞서 언급된 바와 같이 차량 등에 적용되는 배터리 모듈(10)은 직렬 및/또는 병렬 구조로 연결되는 복수 개의 이차전지 셀로 구성되는데, 상기 배터리 팩이 모터, 발전기, 전기 계통 시설 등의 부하에 공급되는 전력은 상기 복수 개의 이차전지의 전기적 연결에 의한 하나의 시스템 계통에서 이루어진다고 볼 수 있다.As mentioned above, the battery module 10 applied to a vehicle or the like is composed of a plurality of secondary battery cells connected in series and / or parallel structure, wherein the battery pack is supplied to a load of a motor, a generator, an electric system facility, and the like. It can be seen that is made in one system system by the electrical connection of the plurality of secondary batteries.

관련하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이 이차전지에 의한 전력 계통은 가솔린 엔진 계통과는 달리 현재 가용할 수 있는 전력에 대한 상태 정보 등을 물리적이고 절대적인 기준에서 생성할 수 없으므로 다양한 전기적 특성값 내지 변수 정보(전압, 전류, 누적 전류, 온도 정보 등) 등을 활용하여 충전 상태(SOC)를 추정하거나 예측하는 다양한 기법이 개시되어 있다. 상기 SOC는 일반적으로 만충전인 경우를 100%, 완전 방전인 경우를 0% 등으로 정량화된 수치 정보로 생성된다. In this regard, as is well known in the art to which the present invention pertains, unlike a gasoline engine system, a power system based on a secondary battery cannot generate status information on currently available power on a physical and absolute basis. Various techniques for estimating or predicting a state of charge (SOC) using characteristic value or variable information (voltage, current, accumulated current, temperature information, etc.) are disclosed. The SOC is generally generated as numerical information quantified as 100% for full charge and 0% for full discharge.

전기 차량에 탑재되는 배터리는 전기 화학적 특성에 기초하여 충전 또는 방전이 이루어지는데, 차량의 구동이 계속되면 방전이 이루어져 SOC는 감소되게 되는데, 이러한 환경에서 충전이 이루어지지 않고 후속적으로 차량 구동(방전)이 계속 이루어지게 되면, 배터리는 완전 방전 상태에 돌입하게 되고 전기 차량에는 추가적인 동력원이 존재하지 않으므로 이에 따라 전기 차량의 운행이 중단되는 문제점을 야기시키게 된다.The battery mounted on the electric vehicle is charged or discharged based on the electrochemical characteristics. If the vehicle continues to be driven, the discharge is performed and the SOC is reduced. In such an environment, the battery is not charged but subsequently driven (discharged). If the) is continued, the battery enters a full discharge state and there is no additional power source in the electric vehicle, thereby causing a problem that the operation of the electric vehicle is stopped.

이러한 경우 의도하지 않은 상태에서 차량의 구동이 더 이상 이루어지지 않는다는 일차적인 문제점이 발생됨과 동시에, 과방전 내지 완전 방전 상태 또는 이에 의한 저전압 상태에 리튬 이온 이차전지 셀이 노출되게 되면, 이차전지 셀의 전기 화학적 특성에 대한 열화 현상이 발생하고 이러한 환경에 지속적인 노출은 그 열화 현상을 가속화시켜 배터리의 전반적인 성능을 저하시킴은 물론, 배터리의 정상적인 수명을 보장할 수 없게 되는 문제점이 발생될 수 있다.In this case, a primary problem occurs that the vehicle is no longer driven in an unintentional state, and at the same time, when the lithium ion secondary battery cell is exposed to an over discharge state or a full discharge state or a low voltage state, the secondary battery cell Deterioration of the electrochemical properties occurs, and the continuous exposure to such an environment may accelerate the deterioration, thereby lowering the overall performance of the battery, as well as causing a problem in that the battery cannot be guaranteed its normal life.

이와 함께, 배터리를 구동하는 시스템의 측면에서 고찰할 때, 배터리의 완전 방전을 포함하여, 정해진 기준 이하로 방전되는 과방전 환경에 배터리가 노출되는 경우를 최소화 내지 방지함과 동시에, 과방전 환경에 후속적으로 적용될 수 있는 충전 환경 내지 모드(MODE)가 유기적으로 연계되도록 구성함으로써 과방전된 배터리가 정상 상태로 효과적으로 전환될 수 있도록 배터리의 방전 및 충전 제어에 대한 더욱 개선된 시스템 적용의 필요성이 크다고 할 수 있다.In addition, in consideration of the system for driving the battery, it is possible to minimize or prevent the battery from being exposed to an over-discharge environment that discharges below a predetermined standard, including a complete discharge of the battery, and to prevent the over-discharge environment. There is a great need for further improved system application to control discharge and charge of the battery so that the over-discharged battery can be effectively converted to a normal state by configuring the charging environment or mode that can be applied subsequently to the organic connection. can do.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리의 SOC 또는 전압 등의 전기적 특성값을 활용하여 배터리의 상태에 따른 적응적 모드를 선별적으로 적용하는 프로세싱을 수행함으로써 과방전 내지 완전 방전에 노출되는 배터리를 보호하고 이와 함께 전기 차량의 구동과 운용을 더욱 안정적이고 안전하게 도모할 수 있는 배터리 팩의 제어 장치와 방법 및 이를 구비한 배터리 팩을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems or needs, and performs processing for selectively applying an adaptive mode according to the state of a battery by using electrical characteristic values such as SOC or voltage of the battery. Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery pack control apparatus and method and a battery pack having the same, which can protect a battery exposed to over-discharge or full discharge, and at the same time, drive and operate an electric vehicle more stably and safely.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. In addition, the objects and advantages of the present invention can be realized by the configuration and combination of configurations shown in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전기 차량의 비상충전 제어 장치는 복수 개 이차전지 셀을 포함하는 배터리의 충방전에 의한 전력 흐름을 온오프시키는 스위칭부; 상기 이차전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱부; 상기 센싱된 전압이 구동 중단에 대한 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리의 방전이 이루어지지 않도록 상기 스위칭부를 오프시키는 과방전 제어부; 및 충전 개시 신호가 입력되면 상기 스위칭부를 온시켜 충전 모드가 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.Emergency charging control apparatus for an electric vehicle according to the present invention for achieving the above object is a switching unit for turning on and off the power flow by the charge and discharge of a battery including a plurality of secondary battery cells; A sensing unit configured to sense a voltage of the secondary battery cell; An over-discharge control unit turning off the switching unit so that the battery is not discharged when the sensed voltage is lower than the first reference voltage for stopping the driving; And a controller configured to control the charging mode to be turned on when the charging start signal is input.

또한, 상기 본 발명은 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 생성하는 연산부를 더 포함하고, 이 때, 상기 제어부는 상기 SOC가 기준 SOC보다 낮은 경우 이에 대한 경고 메시지가 출력되도록 제어한다.The present invention may further include an operation unit for generating a state of charge (SOC) of the battery. In this case, the controller controls a warning message to be output when the SOC is lower than a reference SOC.

여기에서, 상기 본 발명의 과방전 제어부는 상기 복수 개 이차전지 셀 중 적어도 하나가 상기 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 스위칭부가 오프되도록 제어할 수 있다.Here, the overdischarge control unit of the present invention may control the switching unit to be turned off when at least one of the plurality of secondary battery cells is lower than the first reference voltage.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 본 발명의 제어부는 상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 과방전 보호를 위한 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리로 유입되는 충전 전력만이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어할 수 있다.In order to implement a more preferred embodiment, the control unit of the present invention, when the voltage of the sensed secondary battery cell is lower than the second reference voltage for over-discharge protection during the charging mode, only the charging power flowing into the battery can flow. The switching unit can be controlled so as to.

또한, 상기 본 발명의 상기 스위칭부는 다이오드 소자와 릴레이 모듈이 병렬로 연결되는 구조로 이루어지며, 이 때, 본 발명의 상기 제어부는 상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 릴레이 모듈을 오프시켜 충전 전력이 다이오드를 통하여 상기 배터리로 유입되도록 제어할 수 있다.In addition, the switching unit of the present invention has a structure in which a diode element and a relay module are connected in parallel, wherein the control unit of the present invention is the voltage of the sensed secondary battery cell in the charging mode is the second reference When the voltage is lower than the voltage, the relay module may be turned off to control the charging power to flow into the battery through the diode.

이와 함께, 상기 본 발명의 제어부는 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 높은 경우 상기 릴레이 모듈을 온시켜 방전 및 충전에 대한 양방향 전력이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the controller of the present invention is configured to control the switching unit to turn on the relay module when the voltage of the sensed secondary battery cell is higher than the second reference voltage so that bidirectional power flows for discharge and charge. More preferred.

한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 차량의 비상 충전 제어방법은 배터리를 구성하는 복수 개 이차전지 셀의 전압을 센싱하는 전압 센싱단계; 상기 센싱된 전압이 구동 중단에 대한 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리의 방전이 이루어지지 않도록 상기 배터리의 충방전에 의한 전력 흐름을 온오프시키는 스위칭부가 오프되도록 제어하는 과방전 제어단계; 충전 개시 신호의 입력 여부를 판단하는 판단단계; 및 충전 개시 신호가 입력되면 상기 스위칭부를 온시켜 충전 모드가 이루어지도록 제어하는 제어단계를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the emergency charging control method for an electric vehicle of the present invention for achieving the object according to another aspect of the present invention includes a voltage sensing step of sensing the voltage of a plurality of secondary battery cells constituting a battery; An over-discharge control step of controlling a switching unit for turning off and off the power flow due to charging and discharging of the battery so that the battery is not discharged when the sensed voltage is lower than the first reference voltage for stopping the driving; A determination step of determining whether a charging start signal is input; And a control step of controlling a charging mode to be performed by turning on the switching unit when a charging start signal is input.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 차량의 비상 충전을 위한 배터리 팩은 복수 개 이차전지 셀을 포함하는 배터리; 및 상기 배터리의 충방전에 의한 전력 흐름을 온오프시키는 스위칭부, 상기 이차전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱부, 상기 센싱된 전압이 구동 중단에 대한 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리의 방전이 이루어지지 않도록 상기 스위칭부를 오프시키는 과방전 제어부와 충전 개시 신호가 입력되면 상기 스위칭부를 온시켜 충전 모드가 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하는 제어모듈을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the battery pack for emergency charging of the electric vehicle of the present invention for achieving the object according to another aspect of the present invention includes a battery comprising a plurality of secondary battery cells; And a switching unit for turning on and off a power flow due to charging and discharging of the battery, a sensing unit sensing a voltage of the secondary battery cell, and discharging of the battery when the sensed voltage is lower than a first reference voltage for stopping driving. It may be configured to include a control module including an over-discharge control unit for turning off the switching unit and a control unit for controlling the charging mode is made by turning on the switching unit so that the switching unit is not made.

상기 본 발명에 의한 배터리 제어 장치, 방법 및 배터리 팩은 전기 차량에 탑재되는 배터리가 완전 방전에 이르기 전 사용자 등에게 현재 상태에 대한 정보를 효과적으로 인터페이싱함으로써 차량의 구동 내지 운용을 더욱 안전하고 안정적으로 유도할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.The battery control apparatus, method and battery pack according to the present invention induce safe and stable driving and operation of a vehicle by effectively interfacing information on a current state to a user, etc., before a battery mounted in an electric vehicle reaches a complete discharge. It can provide an effect that can be done.

또한, 배터리가 과방전 내지 완전 방전 등에 노출되는 경우, 배터리의 충전 또는 방전이 이루어지지 않도록 연결 매개 유닛(Battery Disconnect Unit, BDU) 등의 차단을 통하여 과방전 보호 모드로 적응적으로 전환시킴으로써 배터리 성능 열화를 방지하거나 최소화시켜 배터리의 적절한 수명과 성능이 유지 지속될 수 있는 효과를 창출할 수 있다.In addition, when the battery is exposed to over-discharge or full discharge, the battery performance by adaptively switching to the over-discharge protection mode through the blocking of the battery disconnect unit (BDU) to prevent the battery from being charged or discharged By preventing or minimizing degradation, the battery's proper life and performance can be sustained.

이와 함께, 과방전 내지 완전 방전 환경에 노출된 후에 충전이 이루어지는 경우 배터리의 안정적인 운용이 도모될 수 있는 적정 레벨로 충전이 이루어질 때까지 배터리의 구동이 제한적으로 운용되도록 제어함으로써, 비상 충전에 대한 전환을 적응적으로 실현할 수 있고 이를 통하여, 배터리의 정상 모드로의 진입을 효과적으로 유도 및 구현할 수 있다.In addition, when charging is performed after being exposed to an over-discharge or fully discharged environment, control of the operation of the battery is limited until the charging is performed at an appropriate level for stable operation of the battery, thereby switching to emergency charging. Can be adaptively realized, thereby effectively inducing and implementing the entry of the battery into the normal mode.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 배터리 팩 관리 장치에 대한 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전기 차량의 비상충전 제어 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 스위칭부의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전기 차량에 대한 충전 또는 방전의 차등적 모드(mode) 대한 구성을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전기 차량의 비상충전 제어방법의 과정을 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 팩에 대한 구성을 도시한 블록도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a general battery pack management apparatus;
2 is a block diagram showing the configuration of an emergency charging control apparatus for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention;
3 is a view showing the configuration of a switching unit according to an embodiment of the present invention,
4 is a view for explaining a configuration of a differential mode of charging or discharging for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
5 is a flowchart illustrating a process of an emergency charging control method for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention;
6 is a block diagram illustrating a configuration of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전기 차량의 비상충전 제어 장치(이하 제어장치로 칭한다)(100)의 구성을 도시한 블록도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전기 차량의 비상충전 제어방법의 과정을 도시한 흐름도이다.2 is a block diagram showing the configuration of an emergency charging control device (hereinafter referred to as a control device) 100 of an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 5 is an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention Is a flow chart showing the process of emergency charging control method.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제어장치(100)는 스위칭부(110), 센싱부(120), 과방전제어부(130), 제어부(140), 연산부(150) 및 메모리부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 2, the control device 100 of the present invention includes a switching unit 110, a sensing unit 120, an over-discharge control unit 130, a control unit 140, an operation unit 150, and a memory unit 160. It may be configured to include.

우선, 상기 도 2에 도시된 본 발명의 제어장치(100)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.First, each component of the control device 100 of the present invention shown in FIG. 2 should be understood as logically divided components rather than physically divided components.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다. That is, since each configuration corresponds to a logical component for realizing the technical idea of the present invention, even if each component is integrated or separated, if the function performed by the logical configuration of the present invention can be realized, It should be construed that it is within the scope, and that components that perform the same or similar functions are to be interpreted as being within the scope of the present invention regardless of whether their names are consistent.

본 발명은 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수 개의 이차전지 셀(1) 또는 배터리 모듈(10) 전체 차원의 전압 거동 내지 SOC 등과 같은 전기적 특성에 대한 프로파일 정보를 확인하고, 확인된 현재 상태에 대응하여 정상모드, 주의모드, 과방전모드, 비상충전모드 등에 대한 다원적 모드 개념을 도입함으로써 배터리의 충방전에 대한 제어 프로세싱을 효과적으로 수행하는 기술 사상을 제안한다.The present invention checks the profile information on the electrical characteristics such as voltage behavior or SOC of the plurality of secondary battery cells 1 or the battery module 10 as a whole constituting the battery module 10, and corresponds to the identified current state. By introducing the concept of plural modes for the normal mode, attention mode, over-discharge mode, emergency charging mode, etc., the present invention proposes a technical idea of performing control processing for charging and discharging of a battery effectively.

이를 위하여 우선, 본 발명의 연산부(150)는 전기 차량의 안정적인 운용을 위하여 전기 차량에 탑재되는 배터리 모듈(10)의 SOC를 연산한다(S500). 상기 SOC의 연산은 배터리 모듈 또는 이차전지 셀들의 다양한 전기적 특성값 또는/및 온도 정보 등을 이용한 다양한 추정 기법이 적용될 수 있다.To this end, the calculating unit 150 of the present invention calculates the SOC of the battery module 10 mounted on the electric vehicle for the stable operation of the electric vehicle (S500). The SOC may be calculated using various estimation techniques using various electrical characteristic values and / or temperature information of a battery module or secondary battery cells.

구체적으로 이러한 SOC 추정 기법은 전류, 전압, 적산 전류, 온도 등의 변수로 하여 현재 배터리의 충전 상태 정보를 추정 생성하는 기법으로서, Boltzman equation, Peukert equation 등을 비롯하여 당업자 수준에서 다양한 방법이 활용가능함은 물론이다.Specifically, the SOC estimation technique is a technique for estimating and generating the current state of charge of a battery by using variables such as current, voltage, integrated current, and temperature, and various methods are available at the level of those skilled in the art including the Boltzman equation and the Peukert equation. Of course.

본 발명의 연산부(150)는 이차전지 셀 또는 배터리 차원의 전압을 센싱하는 센싱부(120)의 출력값을 입력받음은 물론, 도면이 도시하지는 않았으나, SOC 추정을 위하여 필요한 전류 센싱, 온도 센싱 등의 기능을 수행하는 모듈 등으로부터 전기적 특성값을 입력받도록 구성될 수 있다.The calculation unit 150 of the present invention receives the output value of the sensing unit 120 for sensing the voltage of the secondary battery cell or the battery dimension, and although not shown in the drawing, current sensing, temperature sensing, etc. required for SOC estimation. It may be configured to receive an electrical characteristic value from a module for performing a function.

통상적으로 SOC는 충전된 상태를 %로 표현하는 정량 추정 결과로서 배터리의 용량 등을 감안하여 현재의 배터리 상태로 차량의 구동 가능한 거리 정보와 함수적으로 대응되는 수치에 해당한다. 그러므로 차량의 구동을 안정적으로 운용하기 위하여 배터리 모듈(10)이 적정 수준을 넘어서는 범위까지 방전되고 있다면 이를 사용자에게 인터페이싱하여 적절한 후속 조치(충전) 등을 안내하고 유도하도록 구성하는 것이 바람직하다.In general, the SOC is a quantitative estimation result expressing the charged state in% and corresponds to a numerical value corresponding to distance information of a vehicle that can be driven in the current battery state in consideration of the capacity of the battery. Therefore, if the battery module 10 is being discharged to a range exceeding an appropriate level in order to stably operate the driving of the vehicle, it is preferable to interface the user to guide and guide appropriate follow-up measures (charging).

이를 위하여 이와 같이 현재 배터리 모듈(10)의 SOC가 연산되면, 본 발명의 제어부(140)는 연산된 현재 SOC가 적정 구동의 기준이 되는 SOC(예를 들어 10%)와 비교하여(S510) 현재 SOC가 기준 SOC 보다 낮은 경우, 이에 대한 경고 내지 안내 메시지가 출력되도록 제어한다(S520). 이와 같이 사용자 등에게 현재 SOC 상태와 관련하여 주의를 요하는 배터리의 모드를 본 발명에서 주의 모드로 정의할 수 있다. 상기 경고 메시지는 스피커 등의 청각 매체 또는 LCD, LED, 화면표시수단 등의 시각 매체 등을 포함하여 다양한 형태로 구현 가능하다.To this end, when the SOC of the current battery module 10 is calculated as described above, the controller 140 of the present invention compares the calculated current SOC with the SOC (for example, 10%) that is the basis of proper driving (S510). If the SOC is lower than the reference SOC, the control unit 20 outputs a warning or guidance message for this (S520). As such, a mode of the battery that requires attention to the user or the like regarding the current SOC state may be defined as the attention mode in the present invention. The warning message may be implemented in various forms including an auditory medium such as a speaker or a visual medium such as an LCD, an LED, and a screen display means.

이와 같은 구성은 사용자 등에게 주의 내지 경고를 요하는 수준에서 이루어지는 것이므로 상기 주의 모드에서도 차량의 구동 내지 운용이 계속될 수 있다. 이와 같이 차량의 구동 즉, 배터리 모듈(10)의 방전이 후속적으로 계속 이루어지게 되면, 배터리 모듈(10)의 SOC는 0%를 향하여 점진적으로 낮아지게 되고, 이에 따라 배터리 모듈(10)을 구성하는 개별 이차전지 셀(1)의 전압 강하 현상이 발생하게 된다.Since such a configuration is made at a level requiring attention or warning to a user, the driving or operation of the vehicle may be continued even in the caution mode. As described above, when the driving of the vehicle, that is, the discharge of the battery module 10 is subsequently performed, the SOC of the battery module 10 gradually decreases toward 0%, thereby configuring the battery module 10. The voltage drop phenomenon of the individual secondary battery cells 1 occurs.

특히 전기 차량에는 배터리 모듈(10)에 의한 전력원 이외에 추가적인 구동원이 존재하지 않으므로 이와 같이 완전 방전 상태가 되면, 차량의 구동이 불가능해짐은 물론, 배터리 모듈(10)을 구성하는 개별 이차전지 셀(1)의 충방전 성능에 상당한 내재적 손상(intrinsic damage)이 발생된다.In particular, since there is no additional driving source other than the electric power source by the battery module 10 in the electric vehicle, when the battery is completely discharged, driving of the vehicle becomes impossible, as well as the individual secondary battery cells constituting the battery module 10 ( Significant intrinsic damage occurs in the charging / discharging performance of 1).

이러한 내재적 손상이 발생하게 되면 이차전지 셀은 충전 또는 방전에 대한 전기적 특성이 저하되어 성능 감소가 발생하고 적정 수명(사용 연한)을 유지하지 못하는 연쇄적인 문제점이 야기될 수 있다.When such inherent damage occurs, the secondary battery cell may have a deterioration in electrical characteristics with respect to charging or discharging, resulting in a decrease in performance and a chain problem of failing to maintain an appropriate life (life of use).

그러므로 특정 SOC 이하 또는 배터리 모듈(10) 차원 또는 배터리 모듈(10)을 구성하는 개별 이차전지 셀(1)의 전압이 특정 전압 이하로 낮아지게 되는 경우, 차량과 이차전지 셀을 실효성 있게 보호하기 위하여 배터리 모듈(10)에 대한 전력 흐름을 차단할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to effectively protect the vehicle and the secondary battery cells when the voltage of the individual secondary battery cells 1 constituting the battery module 10 or the battery module 10 dimension or the battery module 10 is lower than the specific voltage. It is preferable to configure so that the power flow to the battery module 10 can be blocked.

이를 위하여 본 발명은 배터리 모듈(10)과 차량 시스템(20) 사이에 개재되며 배터리 모듈(10)의 충방전에 의한 전력 흐름을 선택적으로 개폐(on/off)시킬 수 있는 기능을 수행하는 스위칭부(110)를 구비한다.To this end, the present invention is interposed between the battery module 10 and the vehicle system 20, the switching unit for performing a function that can selectively open (on / off) the flow of power by the charge and discharge of the battery module 10 110.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 센싱부(110)는 배터리 모듈(10) 차원의 전압 또는 배터리 모듈(10)을 구성하는 개별 이차전지 셀(1)의 전압값을 센싱하여 센싱된 전압값을 본 발명의 과방전 제어부(130)로 출력시킨다.As described above, the sensing unit 110 of the present invention senses the voltage value sensed by sensing the voltage of the battery module 10 or the voltage value of the individual secondary battery cells 1 constituting the battery module 10. To the over-discharge control unit 130.

본 발명의 과방전 제어부(130)는 상기 센싱부(110)로부터 전압값이 입력되면, 상기 입력된 전압값을 구동 중단에 대한 제1기준 전압과 비교하여(S530) 현재 입력된 전압값이 상기 제1기준전압보다 낮은 경우 배터리 모듈(배터리)과 전기 차량을 보호하기 위하여 상기 배터리의 방전 프로세싱이 이루어지지 않도록 상기 스위칭부(110)가 오프(off)되도록 제어하여 전력 흐름을 차단한다(S540).When the voltage value is input from the sensing unit 110, the over-discharge control unit 130 of the present invention compares the input voltage value with a first reference voltage for stopping driving (S530) and the current input voltage value is the above-mentioned. When the voltage is lower than the first reference voltage, the switching unit 110 is controlled to be turned off so as to prevent discharge processing of the battery to protect the battery module (battery) and the electric vehicle (S540). .

이와 같이 기준 SOC이하로 배터리의 SOC가 저하된 후 이루어진 방전에 의하여 이차전지 셀의 전압이 상기와 같이 제1기준 전압으로 낮아지는 배터리 상태 모드를 본 발명에서 과방전 모드로 지칭할 수 있다. As described above, the battery state mode in which the voltage of the secondary battery cell is lowered to the first reference voltage as described above by the discharge made after the SOC of the battery is lowered below the reference SOC may be referred to as an overdischarge mode in the present invention.

앞서 설명된 모드(mode)와 이하 후술되는 모드(mode)에 대한 내용은 본 발명의 기술 사상을 효과적으로 설명하고 각각의 상태를 상대적으로 구분하기 위한 도구적 개념에서 도입된 용어일 뿐이며, 절대적인 의미와 내용을 객관적으로 구분하기 위하여 사용된 용어로 제한되지 않는다고 해석되어야 한다. Modes described above and modes described below are only terms introduced in the instrumental concept for effectively explaining the technical spirit of the present invention and relatively distinguishing each state. It should be construed that it is not limited to terms used to objectively separate the content.

통상적으로 전기 차량 등에 탑재되는 배터리 내지 배터리 모듈은 복수 개의 이차전지 셀로 구성되는데, 상기 제어부(140)는 배터리 전체 차원의 전압값을 활용할 수 있음은 물론, 개별 이차전지 셀의 특성을 반영하기 위하여 개별 이차전지 셀의 전압값을 활용할 수도 있다. 특히, 복수 개 이차전지 셀 중 하나의 셀이라도 상기 제1기준 전압 이하로 저하되는 경우 상기와 같이 전력이 차단되도록 구성하는 것이 이차전지 셀을 더욱 실질적으로 보호하는데 더욱 바람직하다고 할 수 있다.Typically, a battery or a battery module mounted in an electric vehicle is configured of a plurality of secondary battery cells, and the controller 140 may utilize voltage values of the entire battery dimension, as well as to reflect characteristics of individual secondary battery cells. The voltage value of the secondary battery cell may be utilized. In particular, when one of the plurality of secondary battery cells is lowered below the first reference voltage, it can be said that it is more preferable to configure the power to be cut off as described above to more substantially protect the secondary battery cells.

한편, 상기 제1기준전압은 배터리 또는 이차전지 셀의 스펙, 적용 사양, 탑재 환경, 하드웨어 리소스, 이력 정보, 안전 내지 안정 운용에 대한 정책적 레퍼런스(reference) 등을 기초로 가변적으로 설정될 수 있는 값으로서, 이차전지 셀의 적절한 보호와 유지와 차량의 정상적인 구동 등을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다. 통상적으로 이차전지 셀은 정격 전압 특성(상온에서 3.2V ~ 4.1V)을 가지므로 이러한 정격 전압 특성이 와해되는 전압값으로 상기 제1기준전압(예를 들어 2.5V 이하 등)을 정할 수 있다.On the other hand, the first reference voltage is a value that can be variably set based on specifications of the battery or secondary battery cells, application specifications, mounting environment, hardware resources, history information, policy reference for safe or stable operation, etc. In this case, it is preferable to determine the proper protection and maintenance of the secondary battery cell, the normal driving of the vehicle, and the like. In general, since the secondary battery cell has a rated voltage characteristic (3.2V to 4.1V at room temperature), the first reference voltage (for example, 2.5V or less) may be determined as a voltage value at which the rated voltage characteristic deteriorates.

이와 같이 BDU(Battery Disconnect Unit) 등으로 구현되는 본 발명의 스위칭부(110)가 과방전 모드에서 전력을 흐름을 차단시킴으로써 배터리 또는 배터리를 구성하는 이차전지 셀을 실효성 있게 보호할 수 있게 된다.As described above, the switching unit 110 of the present invention implemented as a battery disconnect unit (BDU) may effectively protect the battery or the secondary battery cells constituting the battery by blocking the flow of power in the over-discharge mode.

전력이 차단된 상태에서 후속적으로 충전이 이루어지게 되면, 현재 과방전 모드에서 충전 가능한 모드로 전환시켜 적응적으로 충전 환경에 진입될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.When charging is subsequently performed in a state where the power is cut off, it is preferable to configure the battery to switch to the chargeable mode from the current over-discharge mode so as to adaptively enter the charging environment.

이를 위하여 본 발명의 제어부(140)는 충전 개시 신호가 입력되는지 판단하여(S550), 충전 개시신호가 입력되면 상기 스위칭부(110)를 제어하여 전력 흐름에 대한 차단이 해제될 수 있도록 제어하고(S560) 이러한 프로세싱에 의하여 후속적인 충전이 유효하게 진행(S570)가능하도록 배터리의 모드를 전환한다. 이와 같이 전력이 차단된 이후에 진행되는 상기와 같은 충전 모드를 본 발명에서 정상적인 충전 모드와 대비하여 비상충전 모드라고 지칭할 수 있다.To this end, the control unit 140 of the present invention determines whether a charging start signal is input (S550), and when the charging start signal is input, controls the switching unit 110 to release the blocking of power flow ( In operation S560, the mode of the battery is switched to enable subsequent charging to be effectively performed (S570). As described above, the charging mode that is performed after the power is cut off may be referred to as an emergency charging mode in contrast to the normal charging mode in the present invention.

상기 충전 개시 신호의 전달 내지 통신은 hard wire 등을 통한 신호 체계를 비롯하여 RF신호 등의 무선 신호 체계를 포함한 다양한 방법으로 이루어질 수 있음은 물론이다.The transmission or communication of the charging start signal may be performed in various ways including a signal system through a hard wire or the like and a wireless signal system such as an RF signal.

또한, 본 발명의 제어부(140)는 현재의 SOC 정보, 차량 시스템 측으로 경고 메시지를 보낸 시간 정보, 전력 흐름이 차단된 시간 정보, 비상 충전이 이루어진 시간 정보 등이 이력 데이터로 활용될 수 있도록 이러한 다양한 이력 정보가 메모리부(160)에 저장되도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the control unit 140 of the present invention is such that various information such that the current SOC information, time information for sending a warning message to the vehicle system side, time information that the power flow is interrupted, time information that the emergency charging is made, etc. can be used as historical data. More preferably, the history information is controlled to be stored in the memory unit 160.

이와 같이 전력 흐름이 차단된 후 비상 충전이 이루어지는 (비상)충전 모드에서 곧 바로 배터리를 정상적인 모드로 전환시키는 것도 가능하나, 만약의 사태를 대비하고 배터리를 더욱 효과적으로 보호하기 위하여 본 발명의 제어부(140)는 상기 (비상) 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 과방전 보호를 위한 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리로 유입되는 충전 전력만이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부(110)를 제어하는 것이 바람직하다.In this way, it is also possible to immediately switch the battery to the normal mode in the (emergency) charging mode in which the emergency charging is performed after the power flow is cut off, but in order to prepare for an emergency and more effectively protect the battery, the controller 140 ) Controls the switching unit 110 to allow only charging power flowing into the battery to flow when the sensed voltage of the secondary battery cell is lower than a second reference voltage for over-discharge protection during the (emergency) charging mode. It is desirable to.

충전이 이루어지고는 있으나, 아직 배터리 또는 개별 이차전지 셀의 전압이 적정한 수준으로 상승되지 않은 상태에서 방전이 이루어지게 되면(모터 등의 구동) 이차전지 셀의 전기 화학적 특성 저하가 심화될 수 있으므로 적정한 전압(제2기준 전압)으로 상승될 때까지 충전만 제한적으로 가능한 상태를 유지하는 것이 바람직하다.Although charging is performed, if the discharge is performed while the voltage of the battery or the individual secondary battery cells is not raised to an appropriate level (driving of a motor, etc.), the deterioration of the electrochemical characteristics of the secondary battery cells may be intensified. It is desirable to maintain a state in which only charging is possible until it rises to the voltage (second reference voltage).

충전에 의한 전력 흐름만이 선별적으로 가능하도록 하는 구성은 도 3에 예시적으로 도시한 회로 구성을 포함하여 당업자 간에 다양한 활용예 및 변형례가 가능함은 물론이다. Various configurations and modifications are possible among those skilled in the art, including the circuit configuration exemplarily shown in FIG. 3.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 스위칭부(110)는 다이오드 소자(D1)와 릴레이 모듈(R1)이 병렬로 연결되는 구조를 가지도록 구성되는데, 상기와 같이 현재 상태의 전압이 제2기준전압을 넘지 못하고 있는 경우, 상기 릴레이 모듈(R1)의 전기적 연결을 차단(off)시켜 배터리 측으로 향하는 전력(충전 전력)은 다이오드를 경유하여 차량 시스템에서 배터리 측으로 흐를 수 있도록 하며, 배터리에서 차량 시스템으로 향하는 전력(방전 전력)은 다이오드의 방향과 릴레이의 차단에 의하여 흐를 수 없는 즉, 일 방향성(단 방향성) 흐름이 되도록 제어한다.As shown in FIG. 3, the switching unit 110 according to an embodiment of the present invention is configured to have a structure in which the diode element D1 and the relay module R1 are connected in parallel. When the voltage does not exceed the second reference voltage, the electrical connection of the relay module (R1) is turned off (off) so that the power toward the battery side (charge power) can flow from the vehicle system to the battery side via the diode, The power from the battery to the vehicle system (discharge power) is controlled to be a unidirectional (unidirectional) flow that cannot flow due to the direction of the diode and the blocking of the relay.

만약 현재 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 높은 경우는 정상적인 구동이 가능한 상태로 판단될 수 있으므로 본 발명의 제어부(140)는 이 경우 상기 릴레이 모듈(R1)을 연결(on)시켜 방전 및 충전에 대한 양방향 전력이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어(S590)하여 배터리를 정상 모드 상태로 전환시킨다.If the voltage of the currently sensed secondary battery cell is higher than the second reference voltage, it may be determined that normal driving is possible, and thus the controller 140 of the present invention connects the relay module R1 in this case. By controlling the switching unit (S590) so that bidirectional power for discharge and charging flows, the battery is converted into a normal mode state.

후속적으로 차량의 키가 off 되거나 강제 종료 신호가 입력되는 등 배터리 구동 내지 프로세싱에 대한 종료 조건이 충족되면(S595) 본 발명의 프로세싱이 종료되도록 구성할 수 있다.Subsequently, when the termination condition for the battery driving or the processing is satisfied (S595) such that the vehicle key is turned off or a forced termination signal is input (S595), the processing of the present invention may be terminated.

한편, 상기 제2기준 전압 또한, 제1기준 전압과 같이 배터리나 이차전지의 스펙, 적용 사양, 시스템 환경, 적용된 소자의 전기적 특성, 안정 및 안전성의 정책적 기준 등을 고려하여 가변적으로 설정될 수 있는 값으로서, 앞서 설명된 전력 차단의 기준이 되는 제1기준 전압과 실질적으로 동일한 전압값으로 설정할 수도 있음은 물론이며, 차량 구동의 안정성을 확보하는 차원에서 상기 제2기준 전압은 상기 제1기준 전압보다 높은 값으로 설정되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the second reference voltage may also be variably set in consideration of the specification of the battery or the secondary battery, the application specification, the system environment, the electrical characteristics of the applied device, and the policy criteria of stability and safety as the first reference voltage. As a value, of course, the second reference voltage may be set to a voltage value substantially the same as the first reference voltage which is the reference for the power cut described above, and the second reference voltage may be set to the first reference voltage in order to secure stability of driving of the vehicle. It is desirable to set it to a higher value.

이상에서 설명한 본 발명의 기술 사상과 관련하여 배터리(이차전지)의 SOC, 전압 등의 특성 프로파일과 이에 대한 차등적 내지 다원적 제어 모드에 대한 연계성을 첨부된 도 4를 통하여 설명하면 다음과 같다.In connection with the technical spirit of the present invention described above, the characteristics profile of SOC, voltage, etc. of the battery (secondary battery) and the linkage between the differential and plural control modes thereof will be described with reference to FIG. 4.

우선, MODE1은 정상 모드로서 충전 내지 방전에 대한 자유도가 형성된 모드를 의미하는데, 앞서 설명된 바와 같이 주의를 요하는 수준의 SOC보다 높은 SOC 상태가 이루어지는 t0 ~ t1 구간은 정상 모드 구간 즉, 충전 및 방전 모두 자유롭게 프로세싱될 수 있는 구간에 해당한다.First, MODE1 refers to a mode in which a degree of freedom for charging and discharging is formed as a normal mode, in which a SOC state higher than an SOC that requires attention as described above is achieved . ~ The t 1 section corresponds to a normal mode section, that is, a section in which both charging and discharging can be freely processed.

추가적이고 후속적인 충전이 이루어지지 않으면 배터리의 SOC는 차량의 구동에 의하여 점진적으로 감소하게 되어 주의를 요하는 기준SOC(도 4에서는 10%로 가정함)에 도달하게 되는데(t1), 이 경우에는 앞서 설명된 바와 같이 이에 대한 안내 내지 알람 정보를 사용자에게 출력하거나 기준SOC에 도달한 시간 정보 등을 저장하는 등의 프로세싱이 수행되는 주의모드(MODE2)로 전환된다(t1 ~ t2).Without additional and subsequent charging, the SOC of the battery gradually decreases as a result of driving the vehicle, reaching a critical reference SOC (assuming 10% in FIG. 4) (t 1 ). Is switched to the attention mode MODE2 where processing such as outputting guidance or alarm information to the user or storing time information when the reference SOC is reached is performed as described above (t 1 ). to t 2 ).

충전 없이 계속적인 구동이 이루어져 현재 SOC가 더욱 낮아지게 되면, 정격 전압 특성을 가지는 이차전지 셀의 거동 변화가 발생하여 전압이 저하되게 되는데, 현재 이차전지 셀 중의 어느 하나의 셀 전압(또는 복수 개 이차전지 셀 전압에 대한 통계적 수치로서 평균 전압, 가중치 평균 전압 등도 적용될 수 있다)이 제1기준전압(Vr1) 이하로 떨어지게 되면(t2), 본 발명의 시스템은 배터리(이차전지)의 보호 등을 위하여 현재 모드를 주의 모드(MODE2)에서 과방전 모드(MODE3)(t2 ~ t3)로 전환하며, 전력의 흐름을 차단하여 더 이상의 배터리 방전이 이루어지지 않도록 한다. If the SOC is continuously lowered without charging, and the current SOC is further lowered, a change in the behavior of a secondary battery cell having a rated voltage characteristic occurs, thereby lowering the voltage. When the average voltage, the weighted average voltage, etc. may be applied as a statistical value for the battery cell voltage, and falls below the first reference voltage V r1 (t 2 ), the system of the present invention may protect the battery (secondary battery). In order to change the current mode from the attention mode (MODE2) to the over-discharge mode (MODE3) (t 2 ~ t 3 ), the flow of power is blocked so that no further battery discharge.

그 후 충전 신호가 입력되면 차단되었던 전력 흐름을 해제하여 충전이 이루어지도록 구성되는데, 배터리(이차전지)의 전기 화학적 특성의 실효성 높은 보호를 위하여 제2기준전압(Vr2) 레벨까지 전압이 상승할 때(t4)까지는 충전만 가능하고 방전은 불가능한 비상 충전 모드(MODE4)를 개시한다(t3 ~ t4).After that, when the charging signal is input, it is configured to release the blocked power flow to perform charging, and the voltage may increase to the second reference voltage (V r2 ) level for effective protection of the electrochemical characteristics of the battery (secondary battery). Time (t 4 ) starts the emergency charging mode (MODE4) that can be charged but not discharged (t3 to t4).

그 후 이차전지 셀의 전압 등이 지속적인 충전에 의하여 제2기준전압을 넘어 상승하게 되면, 다시 정상 모드(MODE1)로 복귀시켜 충방전 프로세싱이 원활하고 자유롭게 이루어지도록 구성된다. 충전과 방전은 연속적으로 반복 수행될 수 있으므로 상기에서 설명된 해당 모드의 진입 내지 전환 등은 충방전 환경에 따라 순환적으로 진행될 수 있음은 물론이다.After that, when the voltage of the secondary battery cell and the like rises beyond the second reference voltage due to continuous charging, the secondary battery cell is returned to the normal mode MODE1 so that the charge and discharge processing can be performed smoothly and freely. Since charging and discharging may be repeatedly performed continuously, the entry or switching of the corresponding mode described above may be cyclically performed according to the charging / discharging environment.

한편 본 발명의 앞서 설명된 배터리 제어장치(100)는 도 6 등에 도시된 배터리 팩(200) 자체의 시스템으로 구현될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩(200)은 충방전의 대상이 되며 차량 등에 전력을 공급하는 공급원으로서 기능하는 배터리 모듈(210)과 앞서 설명된 제어 장치가 모듈로 구현된 관리 모듈(220)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 관리모듈(220)은 BMS 등으로 구현될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, the above-described battery control apparatus 100 of the present invention may be implemented as a system of the battery pack 200 itself shown in FIG. 6 and the like, and as shown in FIG. 6, the battery pack 200 of the present invention is charged. The battery module 210 which is a target of discharge and functions as a supply source for supplying electric power to a vehicle and the like may be configured to include a management module 220 implemented as a module, and the management module 220. Of course, it can be implemented in the BMS.

상기 배터리 모듈(210)은 복수 개의 이차전지(211)로 구성될 수 있음은 물론이며, 본 발명에 의한 배터리 팩(200) 특히 관리 모듈(220)은 앞서 설명된 바와 같이 충전 또는 방전에 의한 전력 소통을 차량 시스템(300)과 수행하며, 차량 구동 등에 필요한 정보를 차량 시스템(300) 측으로 전달하고 사용자 등이 요구하는 정보 등이 입력되도록 구성된다.The battery module 210 may be configured of a plurality of secondary batteries 211, and of course, the battery pack 200, in particular, the management module 220 according to the present invention may be configured to be charged or discharged as described above. Communication is performed with the vehicle system 300, and the information required for driving the vehicle is transmitted to the vehicle system 300, and information required by the user and the like is input.

상기 배터리 팩(200)의 관리 모듈(220)을 포함한 상세한 구성에 대한 설명은 앞서 설명된 제어 장치(100)에 대한 내용과 대응되므로 앞선 설명으로 대체한다. Description of the detailed configuration including the management module 220 of the battery pack 200 corresponds to the above-described information about the control device 100, and will be replaced with the above description.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

또한, 본 발명의 설명에 있어 제1, 제2 등과 같은 표현은 상호 간의 각 구성을 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐, 특정의 순서, 우선순위, 중요성 등을 객관적이고 물리적으로 구분하기 위하여 사용되는 용어이거나 절대적이고 물리적인 기준에서 각각의 구성을 구분하기 위하여 사용된 용어가 아님은 자명하다. In addition, in the description of the present invention, expressions such as first and second are merely terms of a tool concept used to relatively distinguish each component from each other, and objective, physical, etc. of specific order, priority, importance, etc. are used. Obviously, it is not a term used to distinguish between components or a term used to distinguish each component on an absolute and physical basis.

앞서 설명된 실시예 및 도면은 본 발명의 기술 사상을 효과적으로 설명하기 위하여 다소 상징적이고 강조 부각된 형태로 표현되었을 수 있으나, 당업자 수준에서 본 발명의 기술 사상을 실제 배터리 제어 장치, 배터리 팩 시스템 등에 적용함에 있어 필요한 적절한 변형이나 수정 등이 가해질 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다. Although the above-described embodiments and drawings may be represented in a somewhat symbolic and emphatic form to effectively explain the technical idea of the present invention, the technical idea of the present invention may be applied to an actual battery control device, a battery pack system, or the like at a level of ordinary skill in the art. It should be construed that obvious modifications and corrections necessary for the purpose can be made.

100: 제어 장치 110: 스위칭부
120: 센싱부 130: 과방전 제어부
140: 제어부 150: 연산부
160: 메모리부100: control unit 110: switching unit
120: sensing unit 130: over-discharge control unit
140: control unit 150: arithmetic unit
160: memory unit

Claims (18)

복수 개 이차전지 셀을 포함하는 배터리의 충방전에 의한 전력 흐름을 온오프시키는 스위칭부;
상기 이차전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱부;
상기 센싱된 전압이 구동 중단에 대한 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리의 방전이 이루어지지 않도록 상기 스위칭부를 오프시키는 과방전 제어부; 및
충전 개시 신호가 입력되면 상기 스위칭부를 온시켜 충전 모드가 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 장치.A switching unit for turning on and off power flow due to charging and discharging of a battery including a plurality of secondary battery cells;
A sensing unit configured to sense a voltage of the secondary battery cell;
An over-discharge control unit turning off the switching unit so that the battery is not discharged when the sensed voltage is lower than the first reference voltage for stopping the driving; And
And a control unit for controlling a charging mode by turning on the switching unit when a charging start signal is input. 제 1항에 있어서,
상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 생성하는 연산부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 SOC가 기준 SOC보다 낮은 경우 이에 대한 경고 메시지가 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 장치.The method of claim 1,
Further comprising a calculation unit for generating a state of charge (SOC) of the battery,
The control unit controls the emergency charging of the electric vehicle, characterized in that for outputting a warning message for this SOC is lower than the reference SOC. 제 1항에 있어서, 과방전 제어부는,
상기 복수 개 이차전지 셀 중 적어도 하나가 상기 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 스위칭부가 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 장치.The method of claim 1, wherein the over-discharge control unit,
And controlling the switching unit to turn off when at least one of the plurality of secondary battery cells is lower than the first reference voltage. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 과방전 보호를 위한 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리로 유입되는 충전 전력만이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 장치.The method of claim 1, wherein the control unit,
When the voltage of the sensed secondary battery cell is lower than the second reference voltage for over-discharge protection during the charging mode, the switching unit controls the switching unit so that only the charging power flowing into the battery flows Charge control device. 제 4항에 있어서, 상기 스위칭부는,
다이오드 소자와 릴레이 모듈이 병렬로 연결되는 구조로 이루어지며,
상기 제어부는 상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 릴레이 모듈을 오프시켜 충전 전력이 상기 다이오드를 통하여 상기 배터리로 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 장치.The method of claim 4, wherein the switching unit,
It is made of a structure in which a diode element and a relay module are connected in parallel,
The controller may control the charging power to flow into the battery through the diode by turning off the relay module when the voltage of the sensed secondary battery cell is lower than the second reference voltage during the charging mode. Emergency charging control device of an electric vehicle. 제 5항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 높은 경우 상기 릴레이 모듈을 온시켜 방전 및 충전에 대한 양방향 전력이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상 충전 제어 장치.The method of claim 5, wherein the control unit,
When the voltage of the sensed secondary battery cell is higher than the second reference voltage to turn on the relay module to control the switching unit so that the bi-directional power flow for the discharge and charging flows characterized in that the electric vehicle . 배터리를 구성하는 복수 개 이차전지 셀의 전압을 센싱하는 전압 센싱단계;
상기 센싱된 전압이 구동 중단에 대한 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리의 방전이 이루어지지 않도록 상기 배터리의 충방전에 의한 전력 흐름을 온오프시키는 스위칭부가 오프되도록 제어하는 과방전 제어단계;
충전 개시 신호의 입력 여부를 판단하는 판단단계; 및
충전 개시 신호가 입력되면 상기 스위칭부를 온시켜 충전 모드가 이루어지도록 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상 충전 제어방법.A voltage sensing step of sensing voltages of a plurality of secondary battery cells constituting a battery;
An over-discharge control step of controlling a switching unit for turning off and off the power flow due to charging and discharging of the battery so that the battery is not discharged when the sensed voltage is lower than the first reference voltage for stopping the driving;
A determination step of determining whether a charging start signal is input; And
And a control step of controlling a charging mode to be performed by turning on the switching unit when a charging start signal is input. 제 7항에 있어서,
상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 생성하는 연산단계; 및
상기 SOC가 기준 SOC보다 낮은 경우 이에 대한 경고 메시지를 출력하는 출력단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 방법.8. The method of claim 7,
Calculating a state of charge (SOC) of the battery; And
And an output step of outputting a warning message for the SOC when the SOC is lower than the reference SOC. 제 7항에 있어서, 과방전 제어단계는,
상기 복수 개 이차전지 셀 중 적어도 하나가 상기 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 스위칭부가 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 방법.The method of claim 7, wherein the over-discharge control step,
And controlling the switching unit to be turned off when at least one of the plurality of secondary battery cells is lower than the first reference voltage. 제 7항에 있어서, 상기 제어단계는,
상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 과방전 보호를 위한 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리로 유입되는 충전 전력만이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 방법.The method of claim 7, wherein the controlling step,
When the voltage of the sensed secondary battery cell is lower than the second reference voltage for over-discharge protection during the charging mode, the switching unit controls the switching unit so that only the charging power flowing into the battery flows Charge control method. 제 10항에 있어서, 상기 스위칭부는,
다이오드 소자와 릴레이 모듈이 병렬로 연결되는 구조로 이루어지며,
상기 제어단계는 상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 릴레이 모듈을 오프시켜 충전 전력이 상기 다이오드를 통하여 상기 배터리로 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 방법.The method of claim 10, wherein the switching unit,
It is made of a structure in which a diode element and a relay module are connected in parallel,
The controlling step may be configured to control the charging power to flow into the battery through the diode by turning off the relay module when the voltage of the sensed secondary battery cell is lower than the second reference voltage during the charging mode. Emergency charging control method for an electric vehicle. 제 11항에 있어서, 상기 제어단계는,
상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 높은 경우 상기 릴레이 모듈을 온시켜 방전 및 충전에 대한 양방향 전력이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전 제어 방법.The method of claim 11, wherein the controlling step,
When the voltage of the sensed secondary battery cell is higher than the second reference voltage, the emergency charging control method of the electric vehicle, characterized in that by controlling the switching unit to turn on the relay module to flow in both directions for discharge and charging . 복수 개 이차전지 셀을 포함하는 배터리; 및
상기 배터리의 충방전에 의한 전력 흐름을 온오프시키는 스위칭부, 상기 이차전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱부, 상기 센싱된 전압이 구동 중단에 대한 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리의 방전이 이루어지지 않도록 상기 스위칭부를 오프시키는 과방전 제어부와 충전 개시 신호가 입력되면 상기 스위칭부를 온시켜 충전 모드가 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상 충전을 위한 배터리 팩.A battery including a plurality of secondary battery cells; And
The switching unit for turning on and off the flow of power by the charge and discharge of the battery, the sensing unit for sensing the voltage of the secondary battery cell, the discharge of the battery when the sensed voltage is lower than the first reference voltage for the driving stop And a control module including an over-discharge control unit which turns off the switching unit so as not to be supported, and a control module which controls the switching unit to turn on the charging mode when a charging start signal is input. pack. 제 13항에 있어서, 상기 제어모듈은,
상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 생성하는 연산부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 SOC가 기준 SOC보다 낮은 경우 이에 대한 경고 메시지가 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전을 위한 배터리 팩.The method of claim 13, wherein the control module,
Further comprising a calculation unit for generating a state of charge (SOC) of the battery,
The control unit is a battery pack for emergency charging of the electric vehicle, characterized in that for controlling the output so that a warning message for the SOC lower than the reference SOC. 제 13항에 있어서, 과방전 제어부는,
상기 복수 개 이차전지 셀 중 적어도 하나가 상기 제1기준 전압보다 낮은 경우 상기 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전을 위한 배터리 팩.The method of claim 13, wherein the over-discharge control unit,
The battery pack for emergency charging of the electric vehicle, characterized in that for off at least one of the plurality of secondary battery cells is lower than the first reference voltage. 제 13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 과방전 보호를 위한 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 배터리로 유입되는 충전 전력만이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전을 위한 배터리 팩.The method of claim 13, wherein the control unit,
When the voltage of the sensed secondary battery cell is lower than the second reference voltage for over-discharge protection during the charging mode, the switching unit controls the switching unit so that only the charging power flowing into the battery flows Battery pack for charging. 제 16항에 있어서, 상기 스위칭부는,
다이오드 소자와 릴레이 모듈이 병렬로 연결되는 구조로 이루어지며,
상기 제어부는 상기 충전 모드 중 상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 낮은 경우 상기 릴레이 모듈을 오프시켜 충전 전력이 상기 다이오드를 통하여 상기 배터리로 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전기 차량의 비상충전을 위한 배터리 팩.The method of claim 16, wherein the switching unit,
It is made of a structure in which a diode element and a relay module are connected in parallel,
The controller may control the charging power to flow into the battery through the diode by turning off the relay module when the voltage of the sensed secondary battery cell is lower than the second reference voltage during the charging mode. Battery pack for emergency charging of electric vehicles. 제 17항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 센싱된 이차전지 셀의 전압이 상기 제2기준 전압보다 높은 경우 상기 릴레이 모듈을 온시켜 방전 및 충전에 대한 양방향 전력이 흐를 수 있도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 비상 충전을 위한 배터리 팩.The method of claim 17, wherein the control unit,
When the voltage of the sensed secondary battery cell is higher than the second reference voltage to turn on the relay module to control the switching unit to flow in both directions for the discharge and charging for the emergency charging of the electric vehicle Battery pack.
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