KR20140084691A - 배터리 전압 균등화 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 전압 균등화 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140084691A
KR20140084691A KR1020120154406A KR20120154406A KR20140084691A KR 20140084691 A KR20140084691 A KR 20140084691A KR 1020120154406 A KR1020120154406 A KR 1020120154406A KR 20120154406 A KR20120154406 A KR 20120154406A KR 20140084691 A KR20140084691 A KR 20140084691A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell
balancing
temperature
cell balancing
duty
Prior art date
Application number
KR1020120154406A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101459539B1 (ko
Inventor
박상칠
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020120154406A priority Critical patent/KR101459539B1/ko
Priority to CN201310435393.4A priority patent/CN103904721B/zh
Priority to US14/043,368 priority patent/US20140184168A1/en
Publication of KR20140084691A publication Critical patent/KR20140084691A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101459539B1 publication Critical patent/KR101459539B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬계열 2차전지(리튬이온, 리튬폴리머) 셀로 구성된 배터리 모듈에서 셀전압 균등화를 위한 밸런싱 동작 중 과온에 의한 BMS(Battery Management System)의 소손 및 배터리의 발화를 사전에 차단하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 면에 따른 배터리 전압 균등화 장치는 배터리 팩에 구성되는 각 셀의 전압을 검출하여 셀 밸런싱이 필요한 셀이 추출되면 밸런싱 듀티를 결정하여 방전 제어를 실행하는 셀 밸런싱 제어부와, 상기 셀 밸런싱 제어부에서 인가되는 셀 밸런싱 듀티 신호에 따라 셀에 충전된 전압을 방전시키는 셀 밸런싱 실행부와, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 상시 모니터링하여 상기 셀 밸런싱 제어부에 제공하는 온도 검출부를 포함하되, 상기 셀 밸런싱 제어부는 셀 전압 편차 및 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도에 기초하여 상기 밸런싱 듀티를 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 전압 균등화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR UNIFORM ENERGY OF BATTERY CELL}
본 발명은 배터리 전압 균등화 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬계열 2차전지(리튬이온, 리튬폴리머) 셀로 구성된 배터리 모듈에서 셀전압 균등화를 위한 밸런싱 동작 중 과온에 의한 BMS(Battery Management System)의 소손 및 배터리의 발화를 사전에 차단하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리는 전자 및 전기분야에서 다양하게 이용되고 있으며, 고전압 배터리를 구성하기 위해서는 다수개의 셀(Cell)을 직렬로 연결한다.
고전압 배터리에 구성되는 다수개의 셀은 사용에 따른 시간이 경과함에 따라 쿨링 효율 및 용량에서 기인하는 개별적인 동적 상태의 차이에 의해 충전전압이 서로 달라지는 현상이 발생된다.
이로 인하여 적어도 하나 이상의 셀이 다른 셀들보다 훨씬 낮은 상태의 충전전압을 가짐으로 인해 배터리 전체의 방전 능력을 영구적으로 제한하게 하는 문제점을 발생시킬 수 있다.
또한, 적어도 하나 이상의 셀이 다른 셀들보다 훨씬 높은 충전전압을 가짐으로 인해 배터리 전체의 충전량을 영구적으로 제한하게 하는 문제점을 발생시킬 수 있다.
만약 하나의 셀이 최저 충전전압의 한계값을 갖는 상태이고, 다른 어느 하나의 셀이 최고 충전전압의 한계값을 갖는 상태이면 모든 다른 셀들이 적당한 충전전압을 가지고 있더라도 상기 배터리는 충전뿐만 아니라 방전이 수행되지 못하는 문제점이 발생될 수 있다.
따라서, 낮은 충전전압이 갖는 셀에는 부스팅(Boosting)을 통해 개별적인 충전 작업을 실행하고, 높은 충전전압을 갖는 셀에는 보유한 충전량을 방전시키는 작업인 저항방전(Bucking)을 수행하여 전체적인 균형이 유지될 수 있도록 하는 셀 밸런싱이 제공된다.
상기 셀 밸런싱은 문제가 되는 셀들의 균형의 충분하게 만족할 만큼 가까워지면 중단될 수 있고, 상기 셀들이 상당한 불균형을 이룰 때 다시 시작될 수 있다.
셀 밸런싱의 방법으로는 높은 전압을 가지고 있는 하나 이상의 셀에서 극히 낮은 전압을 가진 하나 이상의 셀로 전압이 이동하여 전압의 균형을 맞추는 충전이동기술과 극히 높은 전압을 가진 하나 이상의 셀에 충전된 전압을 부하를 통해 소모시키는 충전소모기술이 적용될 수 있다.
상기 충전소모기술은 셀 밸런싱 스위치를 제어하여 방전이 필요한 셀을 선택적으로 저항방전(Bucking)을 실행하여 셀간의 전압편차를 줄여 줄 수 있도록 한다.
그러나, 방전이 필요한 셀을 선택하는 스위치의 불량이나 소손이 발생하여 항시 온 상태가 되면 셀 밸런싱은 프로세서의 제어에 관계없이 저항방전이 항시 수행되어 배터리 관리 제어기의 온도를 과다 상승시켜 부품소손 및 발화의 원인을 제공할 수 있다.
또한, 프로세서의 오류에 의해 셀 밸런싱이 과도하게 수행되는 경우에도 배터리 관리 제어기의 온도를 과다 상승시켜 부품소손 및 발화의 원인을 제공할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 스위치 불량이나 프로세서의 오류에 의해 셀 전압이 과도하게 낮아져 진단을 정상적으로 수행하여 메인 릴레이를 오프하거나 안전플러그를 분리하더라도 과열로 인한 부품 소손 및 발화의 원인을 해소할 소 없다.
따라서, 이러한 과열 위험을 방지하기 위하여 셀 밸런싱의 동작을 7 : 3 혹은 8 : 2의 비율로 제한하고 있으나 셀 밸런싱 스위치의 소손 혹은 스위칭 제어의 오류로 인해 듀티제어가 불가능할 경우 배터리 관리 제어기의 소손 및 발화는 불가피한 현상이다.
이러한 현상은 배터리 팩을 구성하는 셀의 개수가 많아질수록 더욱 과다하게 발생되어 하이브리드 자동차(HEV), 전기자동차(EV)의 운행에서 심각한 위험성을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 리튬계열 2차전지(리튬이온, 리튬폴리머) 셀로 구성된 배터리 모듈에서 셀 전압 균등화를 위한 밸런싱 동작 중 과온에 의한 BMS(Battery Management System)의 소손 및 배터리의 발화를 사전에 차단하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 온도에 따른 셀 전압 균등화 동작 시간을 가변화하여 균등화 성능을 최대화 할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 배터리 전압 균등화 장치는 배터리 팩에 구성되는 각 셀의 전압을 검출하여 셀 밸런싱이 필요한 셀이 추출되면 밸런싱 듀티를 결정하여 방전 제어를 실행하는 셀 밸런싱 제어부와, 상기 셀 밸런싱 제어부에서 인가되는 셀 밸런싱 듀티 신호에 따라 셀에 충전된 전압을 방전시키는 셀 밸런싱 실행부와, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 상시 모니터링하여 상기 셀 밸런싱 제어부에 제공하는 온도 검출부를 포함하되, 상기 셀 밸런싱 제어부는 셀 전압 편차 및 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도에 기초하여 상기 밸런싱 듀티를 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예로서, 상기 셀 밸런싱 제어부는 상기 셀 전압 편차가 제1 타겟 편차를 초과하면, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 설정 온도 값과 비교하고, 비교 결과 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하지 않으면 상기 밸런싱 듀티를 최대 값으로 결정하고,
비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하면, 상기 설정 온도 값에서부터 보호동작 온도 값까지 상기 밸런싱 듀티가 최대 값에서 0까지 선형적으로 감소하는 온도-밸런싱 함수에서 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도에 해당하는 밸런싱 듀티를 결정한다.
또한, 상기 셀 밸런싱 제어부는 상기 밸런싱 듀티가 최대 값으로 결정된 경우에는 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차를 제2 타겟 편차와 비교하고, 비교 결과 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차보다 작거나 같으면, 상기 셀 밸런싱 실행부의 셀 밸런싱을 강제 종료하고,
비교 결과 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차를 초과하면, 일정 시간이 지난 후의 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 상기 설정 온도 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 밸런싱 듀티를 결정한다.
본 발명의 다른 면에 따른 배터리 전압 균등화 방법은 (a) 배터리 팩에 구성되는 각 셀의 전압을 검출하여 셀 전압 편차를 제1 타겟 편차와 비교하는 단계와, (b) 상기 셀 전압 편차가 상기 제1 타겟 편차를 초과하면, 셀 밸런싱 실행부의 온도를 설정 온도 값과 비교하는 단계와, (c) 비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하지 않으면 상기 밸런싱 듀티를 최대 값으로 결정하는 단계와, (d) 비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하면, 상기 설정 온도 값에서부터 보호동작 온도 값까지 상기 밸런싱 듀티가 최대 값에서 0까지 선형적으로 감소하는 온도-밸런싱 함수에서 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도에 해당하는 밸런싱 듀티를 결정하는 단계를 포함한다.
만약, 상기 (c) 단계에 의해 상기 밸런싱 듀티가 최대 값으로 결정된 경우에는, 본 발명의 다른 면에 따른 배터리 전압 균등화 방법은 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차를 제2 타겟 편차와 비교하는 단계와, 비교 결과, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차보다 작거나 같으면, 상기 셀 밸런싱 실행부의 셀 밸런싱을 강제 종료하는 단계와. 비교 결과, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차를 초과하면, 일정 시간이 지난 후의 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 상기 설정 온도 값과 비교하는 단계와, 상기 온도 비교 결과에 따라, 상기 (c) 또는 상기 (d) 단계를 선택적으로 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 셀 밸런싱 실행부의 온도에 따른 밸런싱 듀티가 가변되므로 저온 영역에서 셀 균등화 시간이 단축될 수 있다. 또한, 이상 동작에 대한 보호 동작이 가능하여 제품의 안정성을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 균등화 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 균등화 장치가 실제 인쇄회로기판에 실장되는 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 균등화 방법의 개략적인 절차를 도시한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 균등화 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 균등화 장치는 셀 밸런싱 제어부(10)와, 셀 밸런싱 실행부(20)와, 온도 검출부(30)를 포함하여 구성된다.
셀 밸런싱 제어부(10)는 배터리 팩을 구성하는 각 셀의 전압을 검출하여 셀 밸런싱이 필요한 셀을 검출하고, 평균 전압 이상을 갖는 방전이 필요한 셀이 검출되면 해당 셀의 방전을 위한 밸런싱 듀티를 결정한 다음 결정된 듀티로 방전 제어를 실행하여 셀 간 전압 편차가 발생되지 않는 셀 밸런싱을 제공한다.
배터리 팩은 고전압의 출력을 위해 일정 용량의 전압을 충전할 수 있는 다수개의 셀, 예를 들어 88개의 셀이 직렬로 연결된다.
셀 밸런싱 실행부(20)는 일 실시예로서, 배터리 팩을 구성하는 각 셀의 양단 간에 스위치와 부하저항이 직렬로 연결되어 구성될 수 있으며, 상기 셀 밸런싱 제어부(10)에서 인가되는 셀 밸런싱 듀티 신호에 따라 스위치의 온 오프가 실행되어 부하저항을 통해 셀에 충전된 전압을 방전시킨다.
온도 검출부(30)는 상기 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도를 상시 모니터링하여 그에 대한 정보를 상기 셀 밸런싱 제어부(10)에 제공한다.
일 실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 셀 밸런싱 실행부(20) 및 온도 검출부(30)는 하나의 인쇄회로기판(PCB)에 SMD 부품으로 실장되므로 셀 밸런싱 실행부(20)를 구성하는 저항과 상기 온도 검출부(30)의 온도 센서의 위치는 고전압 회로의 저항과 저전압 회로(셀 밸런싱 제어부를 의미함)의 온도센서 간의 절연저항 성능을 저해시키지 않는 범위에서 가장 근접하게 배치된다.
이로 인해, 상기 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도 계측 성능 및 정확도는 크게 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 배터리 전압 균등화 장치는 검출된 셀 간 전압 편차 및 상기 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도 값을 이용하여 셀 밸런싱 제어를 위한 밸런싱 듀티를 결정하는 것을 특징으로 한다. 이하, 상기 셀 밸런싱 제어부(10)가 수행하는 밸런싱 듀티 결정방법을 도 1 및 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 전압 균등화 방법의 개략적인 절차를 도시한 순서도이다.
먼저, 셀 밸런싱 제어부(10)는 배터리 팩에 구성되는 각 셀의 전압을 검출하여 셀 전압 편차를 연산하고, 상기 셀 전압 편차를 기 설정된 제1 타겟 편차와 비교한다(S310).
여기서, 제1 타겟 편차는 연산된 셀 전압 편차가 셀 전압 균등화 작업이 필요할 정도로 큰 값인지 여부를 판단하기 위한 기준 값으로서, 배터리 특성 등에 따라 기 설정된다.
비교 결과, 상기 셀 전압 편차가 상기 제1 타겟 편차를 초과하면, 온도 검출부(30)에서 검출된 상기 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도를 설정 온도 값과 비교한다(S320).
비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하지 않으면 상기 밸런싱 듀티를 최대 값으로 결정한다(S330).
여기서, 상기 설정 온도 값은 셀 전압 균등화를 위한 밸런싱 듀티를 최대로 할 수 있는지 여부에 대한 임계 값을 의미하는 것으로서, 현재 셀 밸런싱 샐행부의 온도가 상기 임계 값을 초과하지 않는 경우에는 셀 밸런싱 샐행부는 최대 주기로 셀 밸런싱을 수행하게 된다.
즉, 셀 밸런싱 제어부(10)는 셀 전압 편차가 제1 타겟 편차를 초과하고, 현재 검출된 셀 밸런싱 실행부의 온도 값이 설정 온도 값을 초과하지 않는 경우에는 밸런싱 듀티를 최대(셀 전압을 균등화하기 위한 균등화 주기를 최대 값으로 설정)로 하여 상기 셀 밸런싱 실행부(20)에 동작 수행을 지시한다.
한편, S320 단계에서 비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하면 셀 밸런싱 실행부의 현재 온도에 기초하여 밸런싱 듀티를 결정한다(S325).
일 실시예로서, 셀 밸런싱 제어부(10)는 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하면, 상기 설정 온도 값에서부터 보호동작 온도 값까지 상기 밸런싱 듀티가 최대 값에서 0까지 선형적으로 감소하는 온도-밸런싱 함수에서 상기 셀 밸런싱 실행부의 현재 온도에 해당하는 밸런싱 듀티를 결정한다.
여기서, 보호동작 온도 값은 셀 전압 균등화 작업의 계속 진행 여부에 대한 임계 값을 의미하는 것으로서, 현재 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도가 상기 보호동작 온도 값을 초과하면 밸런싱 듀티는 0으로 결정된다.
전술한 설정 온도 값 및 상기 보호동작 온도 값은 셀 밸런싱 실행부의 동작 제어를 위한 임계 값으로서, 셀 밸런싱 실행부에 사용된 저항의 특성(예를 들어, Watt. vs 온도 상관관계)에 따라 달리 설정된다.
예를 들어, 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값 이상인 경우에는 밸런싱 듀티는 최대로 설정되고, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하기 시작하면 밸런싱 듀티는 선형적으로 감소하게 되고, 최종적으로 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 보호동작 온도 값에 이르게 되면, 밸런싱 듀티는 0으로 결정된다.
한편, S320 단계에서의 비교 결과, 상기 밸런싱 듀티가 최대 값으로 결정된 경우에는(S330), 셀 밸런싱 제어부(10)는 일정 시간이 지난 후, 셀 전압을 다시 검출하여, 셀 전압 편차를 연산하고, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차를 새로운 기준 값인 제2 타겟 편차와 비교한다(S340).
비교 결과, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차보다 작거나 같으면, 상기 셀 밸런싱 실행부의 셀 밸런싱을 강제 종료한다.
여기서, 상기 제2 타겟 편차는 셀 전압 균등화 작업이 필요한지 여부에 대한 최소 임계값을 의미하는 것으로서, 현재 연산된 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차보다 작거나 같으면 더 이상 균등화 작업은 필요하지 않으므로 셀 밸런싱 제어부(10)는 셀 밸런싱 실행부(20)의 동작을 종료한다.
한편, S340 단계에서의 비교 결과, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차를 초과한다면, 여전히 셀 전압 균등화 작업이 필요한 것이기 때문에 상기 S320 단계 내지 상기 S340 단계를 재귀적으로 수행한다.
구체적으로, 셀 밸런싱 제어부(10)는 일정 시간이 지난 후의 셀 밸런싱 실행부(20)의 온도를 상기 설정 온도 값과 다시 비교하고(S320), 비교 결과에 따라 S325 또는 S3330 단계를 선택적으로 수행한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 배터리 팩에 구성되는 각 셀의 전압을 검출하여 셀 밸런싱이 필요한 셀이 추출되면 밸런싱 듀티를 결정하여 방전 제어를 실행하는 셀 밸런싱 제어부;
    상기 셀 밸런싱 제어부에서 인가되는 셀 밸런싱 듀티 신호에 따라 셀에 충전된 전압을 방전시키는 셀 밸런싱 실행부;
    상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 상시 모니터링하여 상기 셀 밸런싱 제어부에 제공하는 온도 검출부를 포함하되,
    상기 셀 밸런싱 제어부는,
    셀 전압 편차 및 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도에 기초하여 상기 밸런싱 듀티를 결정하는 것
    인 배터리 전압 균등화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀 밸런싱 제어부는,
    상기 셀 전압 편차가 제1 타겟 편차를 초과하면, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 설정 온도 값과 비교하고, 비교 결과 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하지 않으면 상기 밸런싱 듀티를 최대 값으로 결정하고,
    비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하면, 상기 설정 온도 값에서부터 보호동작 온도 값까지 상기 밸런싱 듀티가 최대 값에서 0까지 선형적으로 감소하는 온도-밸런싱 함수에서 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도에 해당하는 밸런싱 듀티를 결정하는 것
    인 배터리 전압 균등화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 셀 밸런싱 제어부는,
    상기 밸런싱 듀티가 최대 값으로 결정된 경우, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차를 제2 타겟 편차와 비교하고, 비교 결과 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차보다 작거나 같으면, 상기 셀 밸런싱 실행부의 셀 밸런싱을 강제 종료하고,
    비교 결과 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차를 초과하면, 일정 시간이 지난 후의 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 상기 설정 온도 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 밸런싱 듀티를 결정하는 것
    인 배터리 전압 균등화 장치.
  4. (a) 배터리 팩에 구성되는 각 셀의 전압을 검출하여 셀 전압 편차를 제1 타겟 편차와 비교하는 단계;
    (b) 상기 셀 전압 편차가 상기 제1 타겟 편차를 초과하면, 셀 밸런싱 실행부의 온도를 설정 온도 값과 비교하는 단계;
    (c) 비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하지 않으면 상기 밸런싱 듀티를 최대 값으로 결정하는 단계; 및
    (d) 비교 결과, 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도가 상기 설정 온도 값을 초과하면, 상기 설정 온도 값에서부터 보호동작 온도 값까지 상기 밸런싱 듀티가 최대 값에서 0까지 선형적으로 감소하는 온도-밸런싱 함수에서 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도에 해당하는 밸런싱 듀티를 결정하는 단계
    를 포함하는 배터리 전압 균등화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (c) 단계에 의해 상기 밸런싱 듀티가 최대 값으로 결정된 경우, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차를 제2 타겟 편차와 비교하는 단계;
    비교 결과, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차보다 작거나 같으면, 상기 셀 밸런싱 실행부의 셀 밸런싱을 강제 종료하는 단계;
    비교 결과, 일정 시간이 지난 후의 셀 전압 편차가 상기 제2 타겟 편차를 초과하면, 일정 시간이 지난 후의 상기 셀 밸런싱 실행부의 온도를 상기 설정 온도 값과 비교하는 단계; 및
    상기 온도 비교 결과에 따라, 상기 (c) 또는 상기 (d) 단계를 선택적으로 수행하는 단계
    를 더 포함하는 배터리 전압 균등화 방법.
KR1020120154406A 2012-12-27 2012-12-27 배터리 전압 균등화 장치 및 방법 KR101459539B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120154406A KR101459539B1 (ko) 2012-12-27 2012-12-27 배터리 전압 균등화 장치 및 방법
CN201310435393.4A CN103904721B (zh) 2012-12-27 2013-09-23 电池电压均等化装置及方法
US14/043,368 US20140184168A1 (en) 2012-12-27 2013-10-01 Apparatus and method for equalizing energy of battery cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120154406A KR101459539B1 (ko) 2012-12-27 2012-12-27 배터리 전압 균등화 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140084691A true KR20140084691A (ko) 2014-07-07
KR101459539B1 KR101459539B1 (ko) 2014-11-07

Family

ID=50995923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120154406A KR101459539B1 (ko) 2012-12-27 2012-12-27 배터리 전압 균등화 장치 및 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140184168A1 (ko)
KR (1) KR101459539B1 (ko)
CN (1) CN103904721B (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160014167A (ko) * 2014-07-28 2016-02-11 현대모비스 주식회사 Bms 온도 조절 방법 및 이를 적용한 bms
WO2018074807A1 (ko) * 2016-10-21 2018-04-26 주식회사 엘지화학 듀티 제어를 통한 효과적인 배터리 셀 밸런싱 방법 및 시스템
WO2018128257A1 (ko) * 2017-01-03 2018-07-12 삼성에스디아이 주식회사 전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템
US10058729B2 (en) 2016-05-10 2018-08-28 Korea Institute Of Science And Technology Device for upper-limb rehabilitation
KR20190078092A (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치
CN112248880A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 上海果下科技有限公司 一种电动自行车智能电池管理系统装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI568122B (zh) 2015-11-09 2017-01-21 財團法人工業技術研究院 電池系統與其控制方法
CN106627212A (zh) * 2016-11-28 2017-05-10 墨宝股份有限公司 一种电动汽车用锂离子电池高效被动均衡控制方法
KR102258557B1 (ko) * 2017-03-28 2021-06-01 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 밸런싱 시스템 및 방법
TWI649939B (zh) 2017-07-07 2019-02-01 財團法人工業技術研究院 電源裝置運作方法、電源裝置及電源裝置管理系統
CN108899595B (zh) * 2018-07-03 2020-03-31 北京新能源汽车股份有限公司 一种电池的温度检测方法、装置和设备
US10778006B2 (en) * 2018-09-24 2020-09-15 Texas Instruments Incorporated Chip position sensing for battery protectors
CN113489118B (zh) * 2021-09-07 2021-11-30 蜂巢能源科技有限公司 基于电池组的均衡方法、装置、系统、车辆及存储介质
CN114069781A (zh) * 2021-11-09 2022-02-18 联合汽车电子有限公司 电池包的电芯均衡方法
KR20230152429A (ko) 2022-04-27 2023-11-03 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6724194B1 (en) * 2000-06-30 2004-04-20 Ballard Power Systems Inc. Cell voltage monitor for a fuel cell stack
US20050057221A1 (en) * 2002-12-19 2005-03-17 Hans Desilvestro Electrical connecting device for rechargeable electrochemical energy storage system
JP2009017630A (ja) 2007-07-02 2009-01-22 Calsonic Kansei Corp バッテリの容量制御方法
TWI359548B (en) * 2007-11-16 2012-03-01 Advance Smart Ind Ltd Alarm protected addapatus for lithium-ion battery
JP2010035392A (ja) * 2008-07-31 2010-02-12 Panasonic Corp 不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法
US8917061B2 (en) * 2009-09-18 2014-12-23 Schneider Electric It Corporation System and method for battery cell balancing
US8525478B2 (en) * 2010-01-06 2013-09-03 Marvell World Trade Ltd. Power management circuit of rechargeable battery stack
JP5632723B2 (ja) * 2010-11-26 2014-11-26 株式会社ケーヒン セルバランス制御装置
JP5634234B2 (ja) * 2010-11-26 2014-12-03 株式会社ケーヒン セルバランス制御装置
US9071056B2 (en) * 2011-11-04 2015-06-30 Samsung Sdi Co., Ltd. Apparatus and method for managing battery cell, and energy storage system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160014167A (ko) * 2014-07-28 2016-02-11 현대모비스 주식회사 Bms 온도 조절 방법 및 이를 적용한 bms
US10058729B2 (en) 2016-05-10 2018-08-28 Korea Institute Of Science And Technology Device for upper-limb rehabilitation
WO2018074807A1 (ko) * 2016-10-21 2018-04-26 주식회사 엘지화학 듀티 제어를 통한 효과적인 배터리 셀 밸런싱 방법 및 시스템
US10840711B2 (en) 2016-10-21 2020-11-17 Lg Chem, Ltd. Method and system for effective battery cell balancing through duty control
WO2018128257A1 (ko) * 2017-01-03 2018-07-12 삼성에스디아이 주식회사 전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템
US11327122B2 (en) 2017-01-03 2022-05-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Voltage detection integrated circuit and battery management system comprising same
KR20190078092A (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치
CN112248880A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 上海果下科技有限公司 一种电动自行车智能电池管理系统装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103904721A (zh) 2014-07-02
US20140184168A1 (en) 2014-07-03
CN103904721B (zh) 2016-05-11
KR101459539B1 (ko) 2014-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101459539B1 (ko) 배터리 전압 균등화 장치 및 방법
EP3557269B1 (en) Online detection method for internal short-circuit of battery
KR101667913B1 (ko) 충전특성곡선을 이용한 배터리 팩 균등 충전 장치 및 방법
US9564768B2 (en) Discharge device for electricity storage device
KR101696160B1 (ko) 전압 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법
EP2418751B1 (en) Battery charger and battery charging method
US9153990B2 (en) Steady state detection of an exceptional charge event in a series connected battery element
US9948116B2 (en) Power storage system
US7982437B2 (en) Automotive power supply system and method of operating same
US9863993B2 (en) Storage battery monitoring device with wiring disconnection detection
US20140266049A1 (en) Detection and prevention of short formation in battery cells
US10355498B2 (en) Response to detection of an overdischarge event in a series connected battery element
KR101720960B1 (ko) 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치 및 방법
US9529048B2 (en) Transient detection of an exceptional charge event in a series connected battery element
JP5942882B2 (ja) 電池システム
KR20120059247A (ko) 배터리 팩의 셀 밸런싱 제어장치 및 방법
KR20160091902A (ko) 전기 에너지 저장 장치 및 전기 에너지 저장 장치의 작동 방법
JP4057193B2 (ja) 電池並列使用時の異常検出方法
CN107528353B (zh) 一种串联电池电压均衡方法及均衡电路
CN112083342A (zh) 监视电池的方法和装置
KR20170090471A (ko) 배터리의 어큐뮬레이터의 과충전을 감지하기 위한 방법 및 장치
JP2013081306A (ja) 電池劣化均等化システムおよび方法
US11824392B2 (en) Battery pack
KR20210051461A (ko) 배터리 관리 시스템 및 배터리 셀의 과전압 판단 방법
JP6464805B2 (ja) 電圧調整方法およびそれを用いた電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171023

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181029

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191028

Year of fee payment: 6