KR20150004035A - 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템 - Google Patents

배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 데이터맵을 이용하여 배터리셀의 밸런싱을 수행하는 방법으로서, 배터리 환경온도를 측정하는 온도측정단계; 밸런싱 대상 셀 수를 파악하는 셀수파악단계; 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수를 데이터맵에 대입하여 밸런싱 듀티비를 산출하는 듀티산출단계; 산출된 듀티비에 따라 밸런싱 시간을 도출하는 시간도출단계; 및 산출된 듀티비로 밸런싱 시간만큼 해당 배터리셀을 밸런싱하는 밸런싱수행단계;를 포함하는 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템이 소개된다.

Description

배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR BALANCING BATTERY CELL}
본 발명은 HEV, PHEV, EV 자동차에 사용되는 고전압 배터리 팩의 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템에 관한 것이다.
HEV, PHEV, EV 등 친환경 차량에서는 주행거리/연비향상 등을 위하여 주/보조동력원으로 직렬 연결된 배터리 팩을 사용하고 있다.
장기간 사용되는 차량에서 배터리 수명 열화를 방지하는 일이 중요하고 그에 따라 열화 방지 수단의 하나인 셀 간 편차 발생을 최소화하기 위하여 셀 밸런싱을 하고 있으며, 전압 or 용량이 높은 셀을 방전을 할 수 있는 저항을 사용하여 용량을 소모하여 전압을 낮추는 Passive 밸런싱을 주로 사용하고 있다. 또한 EV 등에서는 배터리 용량이 주행거리에 직결되므로, 배터리 용량이 점점 증가하는 추세이며, 그에따라 셀 밸런싱에 요구되는 방전 저항의 소모전류/파워도 상승하게 되고 제어기의 원가상승, 사이즈 증가의 요인이 되고 있다.
현재 사용되고 있는 밸런싱 방법은 제어기의 동작 환경 최대온도 기준으로 밸런싱 시 밸런싱 저항의 온도 상승에 따라 소손이 안되는 기준으로 밸런싱 저항을 사용하고 있다. 환경온도 기준으로 밸런싱 시 발열량에 대한 판단 불가능하며 고온 기준으로 사양이 결정되어 설계 사양 대비 방전 효율이 저하된다.
밸런싱 저항 27Ω, 1.5W 사용 시 동작환경 75도 기준 전 셀 밸런싱을 하면 30분 이내에 약 200도 이상으로 저항온도가 상승하고, 200도 이상으로 온도 상승 시 저항에 crack이 발생한다(일반적인 저항 공급업체에서 보증하는 기준은 155도).
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2012-0115100 A
본 발명은 HEV, PHEV, EV 자동차에 사용되는 고전압 배터리 팩의 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리셀 밸런싱 방법은, 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 데이터맵을 이용하여 배터리셀의 밸런싱을 수행하는 방법으로서, 배터리 환경온도를 측정하는 온도측정단계; 밸런싱 대상 셀 수를 파악하는 셀수파악단계; 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수를 데이터맵에 대입하여 밸런싱 듀티비를 산출하는 듀티산출단계; 산출된 듀티비에 따라 밸런싱 시간을 도출하는 시간도출단계; 및 산출된 듀티비로 밸런싱 시간만큼 해당 배터리셀을 밸런싱하는 밸런싱수행단계;를 포함한다.
배터리 환경온도를 주기적으로 측정하며 환경온도의 변화시 밸런싱 듀티비를 재산출하여 적용하는 듀티재산출단계;를 더 포함할 수 있다.
시간도출단계는 밸런싱 대상 배터리셀이 복수인 경우 각 배터리셀마다 필요한 밸런시간을 도출할 수 있다.
복수의 배터리셀을 밸런싱함에 있어서 일부 배터리셀의 밸런싱이 종료된 경우에는 밸런싱 듀티비를 재산출하여 적용하는 듀티재산출단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 배터리셀 밸런싱 방법은, 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 맵테이더를 구비하며, 밸런싱 수행시 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따라 멥데이터로부터 듀티비를 산출하여 해당 듀티비에 따라 배터리셀의 밸런싱을 수행한다.
밸런싱 수행 중 환경온도 또는 밸런싱 대상 셀 수의 변동시에는 멥데이터로부터 듀티비를 재산출하여 배터리셀의 밸런싱을 수행할 수 있다.
본 발명의 배터리셀 밸런싱 시스템은, 배터리 환경온도를 측정하는 온도센서; 및 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 데이터맵을 구비하며, 배터리셀의 밸런싱 수행시 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따라 멥데이터로부터 듀티비를 산출하고 해당 듀티비로 배터리셀의 밸런싱을 제어하는 밸런싱 제어부;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템에 따르면, 배터리셀마다의 발열량을 직접 측정하지 않더라도, 환경온도의 측정만으로 밸런싱 저항의 소손을 방지할 수 있게 된다.
밸런싱 저항의 사용율을 높이기 위하여 환경온도 및 밸런싱셀의 개수에 따른 듀티 가변제어를 하여 밸런싱 저항 사용 효율을 높인다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 밸런싱 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 밸런싱 방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 밸런싱 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 밸런싱 방법의 순서도이다.
먼저, 도 1과 같이, 본 발명의 배터리셀 밸런싱 시스템은, 배터리 환경온도를 측정하는 온도센서(200); 및 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 데이터맵을 구비하며, 배터리셀(100)의 밸런싱 수행시 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따라 멥데이터로부터 듀티비를 산출하고 해당 듀티비로 배터리셀(100)의 밸런싱을 제어하는 밸런싱 제어부(300);를 포함한다.
즉, 배터리팩의 내측 또는 외측에는 배터리의 환경온도를 측정할 수 있는 온도센서를 구비한다. 밸런싱 수행을 위한 저항의 경우 이러한 환경온도의 영향을 많이 받기 때문에 대표적으로 온도센서를 통해 환경온도를 측정한다.
그리고 밸런싱 제어부에는 미리 데이터맵을 구비하는데, 데이터맵은 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수를 입력으로 하고, 그에 따른 밸런싱 듀티비를 출력으로 하는 데이터맵이다.
따라서, 밸런싱 제어부에서는 밸런싱 대상이 되는 배터리셀을 파악하고 밸런싱의 수행 전 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수를 통해 적절한 밸런싱 듀티비를 산출한다. 그리고 그 듀티비에 따라 배터리셀의 밸런싱을 수행하는 것이다.
따라서, 밸런싱의 수행시마다 환경온도와 배터리셀수에 따라 듀티비를 가변적으로 가져감으로써 밸런싱 저항의 발열량을 직접 측정하지 않더라도 그 저항이 안정적으로 운용될 수 있도록 온도를 예측제어할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 배터리셀 밸런싱 방법은, 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 데이터맵을 이용하여 배터리셀의 밸런싱을 수행하는 방법으로서, 배터리 환경온도를 측정하는 온도측정단계(S300); 밸런싱 대상 셀 수를 파악하는 셀수파악단계(S200); 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수를 데이터맵에 대입하여 밸런싱 듀티비를 산출하는 듀티산출단계(S400); 산출된 듀티비에 따라 밸런싱 시간을 도출하는 시간도출단계(S500); 및 산출된 듀티비로 밸런싱 시간만큼 해당 배터리셀을 밸런싱하는 밸런싱수행단계(S600);를 포함한다.
도 2와 같이 먼저, 배터리셀들의 전압을 측정하여 밸런싱 대상이 되는 셀들을 파악한다(S100,S200). 그리고 환경온도를 측정한다(S300).
그 후 측정된 환경온도와 밸런싱이 필요한 배터리셀의 개수를 파악하여 데이터맵에 대입하고, 그로부터 적절한 듀티비를 산출하는 것이다(S400).
그 후 각 배터리셀의 필요한 밸런싱 시간을 도출한다(S500). 미리 듀티비가 산출되었는바, 그에 따라 저항을 통해 밸런싱하는 시간이 도출될 수 있는 것이다. 여름철과 같이 환경온도가 높거나 혹은 밸런싱 대상 셀수가 많을 경우에는 저항의 급격한 온도상승이 예상되는바 듀티비를 낮게 가져갈 것이고, 듀티비가 감소된다면 밸런싱 시간은 다소 지연될 것이다.
밸런싱 듀티비와 시간이 정해지면 각 배터리셀들은 정해진 듀티비와 시간에 따라 밸런싱을 수행한다(S600).
한편, 배터리 환경온도를 주기적으로 측정하며 환경온도의 변화시 밸런싱 듀티비를 재산출하여 적용하는 듀티재산출단계(S700);를 더 포함할 수 있다. 즉, 밸런싱 도중 환경온도가 변화될 경우에는 다시 듀티비를 산출하고 그에 따라 밸런싱 시간을 다시 계산하여 밸런싱을 수행함으로써 온도 변화에도 저항의 소손을 방지할 수 있도록 한다.
그리고, 시간도출단계는 밸런싱 대상 배터리셀이 복수인 경우 각 배터리셀마다 필요한 밸런시간을 도출할 수 있다.
또한, 복수의 배터리셀을 밸런싱함에 있어서 일부 배터리셀의 밸런싱이 종료된 경우에는 밸런싱 듀티비를 재산출하여 적용하는 듀티재산출단계(S700);를 더 포함할 수 있다. 즉, 복수의 배터리셀들을 밸런싱 함에 있어, 어느 하나의 배터리셀이 먼저 밸런싱 시간이 완료된 경우에는 다시 환경온도와 변경된 밸런싱 대상 셀수에 따라 듀티비를 재산출하고, 그에 따라 시간을 다시 계산한 후 밸런싱을 수행토록 함으로써 저항을 손상하지 않는 범위에서 최대한 빨리 밸런싱이 이루어질 수 있도록 하는 것이다. 그 후 모든 배터리셀들의 밸런싱이 종료된 경우 마무리하는 것이다(S800).
본 발명의 또 다른 배터리셀 밸런싱 방법은, 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 맵테이더를 구비하며, 밸런싱 수행시 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따라 멥데이터로부터 듀티비를 산출하여 해당 듀티비에 따라 배터리셀의 밸런싱을 수행한다.
그리고, 밸런싱 수행 중 환경온도 또는 밸런싱 대상 셀 수의 변동시에는 멥데이터로부터 듀티비를 재산출하여 배터리셀의 밸런싱을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리셀 밸런싱 방법 및 시스템에 따르면, 배터리셀마다의 발열량을 직접 측정하지 않더라도, 환경온도의 측정만으로 밸런싱 저항의 소손을 방지할 수 있게 된다.
밸런싱 저항의 사용율을 높이기 위하여 환경온도 및 밸런싱셀의 개수에 따른 듀티 가변제어를 하여 밸런싱 저항 사용 효율을 높인다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 배터리셀 200 : 온도센서
300 : 밸런싱 제어부

Claims (7)

  1. 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 데이터맵을 이용하여 배터리셀의 밸런싱을 수행하는 방법으로서,
    배터리 환경온도를 측정하는 온도측정단계;
    밸런싱 대상 셀 수를 파악하는 셀수파악단계;
    배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수를 데이터맵에 대입하여 밸런싱 듀티비를 산출하는 듀티산출단계;
    산출된 듀티비에 따라 밸런싱 시간을 도출하는 시간도출단계; 및
    산출된 듀티비로 밸런싱 시간만큼 해당 배터리셀을 밸런싱하는 밸런싱수행단계;를 포함하는 배터리셀 밸런싱 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    배터리 환경온도를 주기적으로 측정하며 환경온도의 변화시 밸런싱 듀티비를 재산출하여 적용하는 듀티재산출단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 밸런싱 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    시간도출단계는 밸런싱 대상 배터리셀이 복수인 경우 각 배터리셀마다 필요한 밸런시간을 도출하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 밸런싱 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    복수의 배터리셀을 밸런싱함에 있어서 일부 배터리셀의 밸런싱이 종료된 경우에는 밸런싱 듀티비를 재산출하여 적용하는 듀티재산출단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 밸런싱 방법.
  5. 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 맵테이더를 구비하며, 밸런싱 수행시 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따라 멥데이터로부터 듀티비를 산출하여 해당 듀티비에 따라 배터리셀의 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 밸런싱 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    밸런싱 수행 중 환경온도 또는 밸런싱 대상 셀 수의 변동시에는 멥데이터로부터 듀티비를 재산출하여 배터리셀의 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 밸런싱 방법.
  7. 배터리 환경온도를 측정하는 온도센서; 및
    배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따른 밸런싱 듀티비로 구성된 데이터맵을 구비하며, 배터리셀의 밸런싱 수행시 배터리 환경온도와 밸런싱 대상 셀 수에 따라 멥데이터로부터 듀티비를 산출하고 해당 듀티비로 배터리셀의 밸런싱을 제어하는 밸런싱 제어부;를 포함하는 배터리셀 밸런싱 시스템.
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