KR20150046599A - Apparatus for managing battery pack and including the same - Google Patents

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Abstract

The specification discloses a battery pack management device which estimates a remaining capacity and a capacity degradation of a battery without adding a separate complex circuit, and a battery pack having the battery pack management device. The battery pack according to the present invention comprises: at least one battery cell; a balancing device which balances voltages across each of the battery cells; and a battery pack management device which controls charging or discharging of the battery cells by using the balancing device, measures parameters of the battery cells which are changed by the charging or discharging, when the battery cells are charged or discharged by the balancing device, and estimates a state of the battery pack by using the measured parameter.

Description

배터리 팩 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩{Apparatus for managing battery pack and including the same}[0001] The present invention relates to a battery pack management apparatus and a battery pack including the battery pack management apparatus.

본 발명은 배터리 관리 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 복잡한 회로를 추가하지 않고도 배터리의 잔존 용량 및 용량 퇴화도를 추정할 수 있는 배터리 팩 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery management technique, and more particularly, to a battery pack management apparatus and a battery pack including the same, which can estimate remaining capacity and capacity degradation degree of a battery without adding a complicated circuit.

근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, and portable telephones has been rapidly increased, and development of batteries, robots, and satellites for energy storage has been accelerated. Thus, a high performance rechargeable battery Researches are being actively conducted.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.The secondary rechargeable batteries are nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel- The self-discharge rate is very low and the energy density is high.

이러한 이차 전지를 포함하는 배터리 팩은 휴대 단말 등의 소형 장치뿐만 아니라 하이브리드 자동차, 전기 자동차 또는 무정전 전원 공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS) 등 대형 장비에 이용되는 경우가 많아지고 있다.The battery pack including such a secondary battery is often used in large-sized equipment such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or an uninterruptible power supply (UPS) as well as a small-sized device such as a portable terminal.

또한, 이차 전지를 포함하는 배터리 팩은 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 배터리 잔존 용량(State Of Charge: SOC) 추정, 배터리 용량 퇴화도(State Of Health: SOH) 추정 등을 수행하는 배터리 팩 관리 장치를 구비한다. 특히, 배터리 팩이 대형 장비에 이용되는 경우, 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하므로, 배터리 팩 관리 장치는 전압의 평활화(equalization) 제어 등의 기능을 더 수행하게 된다.Also, the battery pack including the secondary battery can measure the electric characteristic values such as current and voltage, charge / discharge control, estimation of the state of charge (SOC) and estimation of battery capacity (state of health: SOH) And a battery pack management device for performing the battery pack management. In particular, when the battery pack is used in large-sized equipment, since the battery pack includes a plurality of battery cells, the battery pack management device performs functions such as equalization control of voltage.

한편, 스마트 폰과 같은 휴대 단말은, 인터넷 통신기능과 정보검색기능 등의 다양한 기능을 가지고 있고, 휴대가 용이하다는 특성으로 인해 시간과 장소에 구애받지 않고 빈번하게 사용되고 있다. 따라서, 이러한 휴대 단말에 포함되는 배터리는 충방전이 수시로 이루어지고, 이로 인해 배터리의 전기적 파라미터 값의 변화가 자주 발생한다. 배터리의 잔존 용량(SOC) 및/또는 용량 퇴화도(SOH) 등은 이러한 배터리의 전기적 파라미터의 변화를 이용하여 추정되는 것이 일반적이므로, 휴대 단말에 포함되는 배터리의 잔존 용량(SOC) 및/또는 용량 퇴화도(SOH) 등은 추정이 용이하게 이루어질 수 있다. On the other hand, a portable terminal such as a smart phone has various functions such as an internet communication function and an information search function, and is frequently used regardless of time and place because of its easy portability. Therefore, the battery included in such a portable terminal is frequently charged and discharged, and thus the electrical parameter value of the battery frequently changes. Since the remaining capacity (SOC) and / or the degree of degradation (SOH) of the battery are generally estimated by using a change in electrical parameters of the battery, the remaining capacity SOC and / Degradation degree (SOH) and the like can be easily estimated.

하지만 이와 달리 무정전 전원 공급장치(UPS) 등은, 특정한 상황에서만 사용되므로 배터리의 잔존 용량(SOC) 및/또는 용량 퇴화도(SOH) 등의 배터리 상태를 추정하는 것이 쉽지 않다.However, since the uninterruptible power supply (UPS) and the like are used only in a specific situation, it is not easy to estimate the battery state such as the remaining capacity (SOC) and / or the capacity degradation degree (SOH) of the battery.

이와 같은 배터리 상태의 추정이 제대로 이루어지지 않은 경우에는 여러가지 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 무정전 전원 공급 장치에 포함되는 배터리의 잔존 용량이 바닥난 경우에도 배터리의 잔존 용량이 충분하다고 잘못 판단된 상황에서 정전(blackout)이 발생한 경우를 상정해 볼 수 있다. If such battery state estimation is not performed properly, various problems may occur. For example, it can be assumed that a blackout occurs in a situation where the remaining capacity of the battery included in the uninterruptible power supply unit is low, even if the remaining capacity of the battery is low.

이와 같이 정전(blackout)으로 인해 발전소로부터 전원 공급이 중단되면 무정전 전원 공급장치로부터 시스템에 전력 공급이 필요한 상황이 발생하게 된다. 그러나, 배터리 상태의 추정이 제대로 이루어지지 않았기 때문에 배터리가 적절하게 충전되지 못하게 될 수 있다. 따라서, 무정전 전원 공급장치로부터 시스템에 전력이 원활하게 공급되지 않는 문제가 발생할 우려가 있다.If the blackout causes the power supply to be disconnected from the power plant, the uninterruptible power supply needs to supply power to the system. However, since the estimation of the battery condition is not properly performed, the battery may not be properly charged. Therefore, there is a fear that a problem that power is not smoothly supplied from the uninterruptible power supply unit to the system may occur.

따라서, 이러한 무정전 전원 공급장치 등은, 배터리 학습 사이클 방식(Learning Cycle Method)을 통해 배터리의 상태를 추정한다. 즉, 일정한 주기로 내부의 배터리를 강제로 충전 또는 방전하여 배터리의 잔존 용량 및/또는 용량 퇴화도 등의 배터리 상태를 추정한다. 종래 기술에 따르면, 배터리 시스템의 부하의 저항성분을 이용하거나 강제 방전용 저항을 별도로 구비하여 배터리를 강제 방전시키는 방식이 이용되고 있다.Accordingly, such an uninterruptible power supply device or the like estimates the state of the battery through a learning cycle method. That is, the internal battery is forcibly charged or discharged at regular intervals to estimate the battery state such as the remaining capacity of the battery and / or the degraded degree of capacity. According to the prior art, a method of forcibly discharging a battery by using a resistance component of a load of a battery system or separately providing a forced discharge resistance is used.

도 1은, 종래기술의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view illustrating a connection structure of a battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 종래기술의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 복수의 배터리 셀(10), 배터리 팩 관리 장치(20)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a battery pack 1 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of battery cells 10 and a battery pack management device 20.

여기서, 배터리 팩 관리 장치(20)는, 배터리 셀(10)이 방전됨으로써 배터리 셀(10)의 전압, 전류 등이 감소되면 이를 측정하여 배터리 셀(10)의 잔존 용량 및/또는 용량 퇴화도 등을 추정한다.Here, the battery pack management device 20 measures the voltage and current of the battery cell 10 when the battery cell 10 is discharged, and measures the remaining capacity and / or capacity degradation degree of the battery cell 10 .

다만, 이러한 종래기술에 의한 배터리 상태 추정 방식은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 상태를 추정하기 위해 별도의 강제 방전용 저항(2) 등의 추가적인 회로가 더 구비되어야 한다. 이로 인해, 제조상의 복잡성이 증가하게 되는 문제가 발생한다. However, as shown in FIG. 1, the battery state estimating method according to the related art requires an additional circuit such as a forced-discharge resistor 2 for estimating the battery state. As a result, there arises a problem that the manufacturing complexity increases.

또한, 강제 방전시 필연적으로 방전에 따른 열이 발생하게 되고, 특히 강제 방전용 저항(2)에서 집중적으로 발열이 일어나므로 화재나 폭발 등의 위험이 발생할 우려가 있다.In addition, heat generated by the discharge is inevitably generated during forced discharge, and heat is intensively generated in the forced discharge resistor 2, which may cause fire or explosion.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 별도의 복잡한 회로를 추가하지 않고도 배터리의 잔존 용량 및 용량 퇴화도를 추정할 수 있는 배터리 팩 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a battery pack management device and a battery pack including the battery pack management device, which can estimate the remaining capacity and capacity degradation degree of a battery without adding a complicated circuit It has its purpose.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It is also to be understood that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀; 상기 배터리 셀 간의 전압을 밸런싱하는 밸런싱장치; 및 상기 밸런싱장치를 이용하여 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전 여부를 제어하고, 상기 배터리 셀이 상기 밸런싱장치에 의해 충전 또는 방전되면 충전 또는 방전에 의해 변화된 상기 배터리 셀의 파라미터를 측정하고, 상기 측정된 파라미터를 이용하여 배터리 팩의 상태를 추정하는 배터리 팩 관리 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising: at least one battery cell; A balancing device for balancing a voltage between the battery cells; And controlling the charging or discharging of the battery cell using the balancing device and measuring parameters of the battery cell changed by charging or discharging when the battery cell is charged or discharged by the balancing device, And a battery pack management device for estimating the state of the battery pack using the parameter.

바람직하게는, 상기 파라미터는 전압, 전류, 온도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the parameter includes at least one of voltage, current, and temperature.

또한 바람직하게는, 상기 상태는 잔존 용량 및 용량 퇴화도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the state includes at least any one of a remaining capacity and a capacity degradation degree.

또한 바람직하게는, 상기 밸런싱장치는, 상기 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the balancing device discharges the battery cell.

또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 관리 장치는, 주기적으로 배터리 셀을 충전 또는 방전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다. Also, preferably, the battery pack managing apparatus controls the battery cells to be charged or discharged periodically.

또한 바람직하게는, 상기 밸런싱장치는, 상기 배터리 셀에 적어도 하나씩 구비되는 밸런싱회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the balancing device includes at least one balancing circuit in the battery cell.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무정전 전원 공급장치는 상술한 배터리 팩을 포함한다.In order to achieve the above object, the uninterruptible power supply apparatus according to the present invention includes the above-described battery pack.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 셀 간의 전압을 밸런싱하는 밸런싱장치가 구비된 배터리 팩을 관리하는 장치로서, 상기 밸런싱장치를 이용하여 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전 여부를 제어하는 제어부; 상기 배터리 셀이 상기 밸런싱장치에 의해 충전 또는 방전되면 충전 또는 방전에 의해 변화된 상기 배터리 셀의 파라미터를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 파라미터를 이용하여 배터리 팩의 상태를 추정하는 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for managing a battery pack including a balancing device for balancing a voltage between battery cells, A control unit for controlling whether or not the discharge occurs; A measuring unit for measuring a parameter of the battery cell changed by charging or discharging when the battery cell is charged or discharged by the balancing device; And an estimating unit estimating a state of the battery pack using the measured parameters.

바람직하게는, 상기 파라미터는 전압, 전류, 온도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the parameter includes at least one of voltage, current, and temperature.

또한 바람직하게는, 상기 상태는 잔존 용량 및 용량 퇴화도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the state includes at least any one of a remaining capacity and a capacity degradation degree.

또한 바람직하게는, 상기 밸런싱장치는, 상기 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the balancing device discharges the battery cell.

또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 주기적으로 배터리 셀을 충전 또는 방전시도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the control unit periodically controls charging or discharging of the battery cell.

본 발명에 따르면, 배터리 팩에 포함된 배터리 셀 간의 전압을 밸런싱하는 밸런싱장치를 이용하여 배터리 팩의 상태를 추정할 수 있다. 따라서, 별도의 복잡한 회로를 추가하지 않고도 배터리 팩의 잔존 용량 또는 용량 퇴화도 등을 추정할 수 있다.According to the present invention, the state of the battery pack can be estimated using a balancing device that balances the voltage between the battery cells included in the battery pack. Therefore, it is possible to estimate the remaining capacity or capacity degradation degree of the battery pack without adding a complicated circuit.

특히, 본 발명에 의하면, 배터리 셀 마다 구비된 밸런싱회로를 이용하여 방전을 수행하므로 분산 발열이 이루어져 배터리 팩이 폭발하는 등의 위험성이 줄어든다.In particular, according to the present invention, since the discharging is performed using the balancing circuit provided for each battery cell, the risk of explosion of the battery pack due to dispersion heat generation is reduced.

이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.In addition, the present invention can have various other effects, and other effects of the present invention can be understood by the following description, and can be more clearly understood by the embodiments of the present invention.

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, 종래기술의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 4의 스위치가 닫힌 상태에서 전류가 흐르는 모습을 시각적으로 나타낸 도면이다.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 view illustrating a connection structure of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view illustrating a connection structure of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing the functional configuration of the battery pack managing apparatus according to the present invention.
4 is a schematic view illustrating a connection structure of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a state in which a current flows in a closed state of the switch in Fig.

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 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred 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 construed as 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 this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.The embodiments of the present invention are provided to explain the present invention more fully to the ordinary artisan, so that the shape and size of the components in the drawings may be exaggerated, omitted or schematically shown for clarity. Thus, the size or ratio of each component does not entirely reflect the actual size or ratio.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 2 is a schematic view illustrating a connection structure of a battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀(100), 밸런싱장치(200) 및 배터리 팩 관리 장치(300)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the battery pack according to the present invention includes at least one battery cell 100, a balancing device 200, and a battery pack management device 300.

상기 배터리 셀(100)은, 배터리 팩에 구비되어 화학적 반응을 통해 충전 및 방전을 반복하는 에너지 저장소자로서, 이차 전지를 의미한다고 할 수 있다. 도 2에서 배터리 셀(100)은 직렬로 연결되어 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명은 이와 같은 연결에 제한되지 않는다. 즉, 배터리 셀(100) 간에 병렬 연결도 가능하고, 직/병렬 연결이 혼합될 수도 있다.The battery cell 100 may be an energy storage device provided in the battery pack and repeatedly charged and discharged through a chemical reaction, and may be referred to as a secondary battery. In FIG. 2, the battery cells 100 are connected in series, but this is for convenience of description, and the present invention is not limited to such connections. That is, the battery cells 100 may be connected in parallel, and the serial / parallel connections may be mixed.

특히, 본 발명에 따른 배터리 셀(100)은, 밸런싱장치(200)에 의해 충전 또는 방전되고, 충전 또는 방전에 의해 배터리 셀(100)의 파라미터가 변화한다. 여기서, 변화되는 파라미터는 전압, 전류 및/또는 온도일 수 있다. 다만, 상기에 열거된 파라미터는 일 예로서, 열거된 파라미터 이외의 다른 파라미터가 더 포함될 수도 있다.In particular, the battery cell 100 according to the present invention is charged or discharged by the balancing device 200, and the parameters of the battery cell 100 are changed by charging or discharging. Here, the parameter to be changed may be voltage, current, and / or temperature. However, the parameters listed above may be further included as an example, other than the listed parameters.

상기 밸런싱장치(200)는, 배터리 셀(100) 간의 전압을 밸런싱한다. 여기서 밸런싱은, 배터리 셀(100) 간 전압의 차이를 없애거나 줄이는 것을 의미한다. 이러한 배터리 셀(100) 각각의 양단 전압은, 배터리 셀(100)의 본질적인 특성 또는 동작 환경 등 다양한 원인에 의해 차이가 있을 수 있다. 배터리 셀(100) 각각의 양단 전압에 차이가 발생하게 되면 배터리 팩의 전력 효율이나 안전성 측면에서 문제가 발생할 수 있으므로, 배터리 팩 내부의 배터리 셀(100)은 밸런싱장치에 의해 밸런싱이 된다.The balancing device 200 balances the voltage between the battery cells 100. Here, balancing means eliminating or reducing the voltage difference between the battery cells 100. The voltage across each of the battery cells 100 may vary depending on various factors such as the inherent characteristics of the battery cell 100 or the operating environment. When a voltage difference occurs between both ends of each battery cell 100, a problem may arise in terms of power efficiency and safety of the battery pack. Therefore, the battery cell 100 inside the battery pack is balanced by the balancing device.

밸런싱에 대한 기본적인 내용과 구체적인 밸런싱방법에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 상세한 설명을 생략하도록 한다. 다만, 본 발명의 출원 당시에 공지된 밸런싱방법이 본 발명에 적용될 수 있음을 배제하는 것은 아니다.The basic contents of the balancing and the specific balancing method are not described in detail because the gist of the present invention may be overlooked. However, it is not excluded that a balancing method known at the time of filing of the present invention can be applied to the present invention.

도 3은, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 3 is a schematic view showing the functional configuration of the battery pack managing apparatus according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치(300)는 제어부(310), 측정부(320) 및 추정부(330)를 포함할 수 있다.3, the battery pack management apparatus 300 according to the present invention may include a control unit 310, a measurement unit 320, and an estimation unit 330.

상기 제어부(310)는, 밸런싱장치(200)를 이용하여 배터리 셀(100)의 충전 또는 방전 여부를 제어한다. 밸런싱장치(200)는, 상술한 바와 같이 배터리 셀(100) 간의 전압을 밸런싱하기 위해 배터리 셀(100)을 충전시키거나 방전시킬 수 있다.The controller 310 controls the charging or discharging of the battery cell 100 using the balancing device 200. The balancing device 200 may charge or discharge the battery cell 100 to balance the voltage between the battery cells 100 as described above.

특히, 본 발명에 따르면, 제어부(310)는, 이러한 밸런싱장치(200)를 이용하여 배터리 셀(100)을 충전시키거나 방전시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치(300)는, 별도의 회로를 추가함이 없이 배터리 팩에 존재하는 밸런싱장치(200)를 이용하여 배터리 셀(100)을 충전시키거나 방전시킬 수 있다.In particular, according to the present invention, the controller 310 can charge or discharge the battery cell 100 using the balancing device 200. [ That is, the battery pack management device 300 according to the present invention can charge or discharge the battery cell 100 using the balancing device 200 existing in the battery pack without adding a separate circuit.

상기 측정부(320)는, 배터리 셀(100)이 밸런싱장치(200)에 의해 충전 또는 방전될 경우, 충전 또는 방전에 의해 변화된 배터리 셀(100)의 파라미터를 측정한다. 즉, 밸런싱장치(200)는, 안정된 상태에 있는 배터리 셀(100)을 충전 또는 방전시켜 배터리 셀(100)의 파라미터를 변화시킬 수 있다. 그러면, 측정부(320)는, 변화된 배터리 셀(100)의 파라미터를 측정할 수 있게 된다.When the battery cell 100 is charged or discharged by the balancing device 200, the measurement unit 320 measures a parameter of the battery cell 100 changed by charging or discharging. That is, the balancing device 200 can change the parameter of the battery cell 100 by charging or discharging the battery cell 100 in a stable state. Then, the measuring unit 320 can measure the parameters of the changed battery cell 100.

바람직하게는, 상기 파라미터는, 전압, 전류, 온도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 측정부는, 배터리 셀 양단의 전압, 배터리 셀에 흐르는 전류 및/또는 배터리 셀의 온도 등 배터리 셀의 파라미터를 측정할 수 있다. 다만, 상기에 열거된 파라미터는 일 예로서, 상기에 열거된 파라미터 이외의 다른 파라미터가 더 포함될 수 있음은 상술한 바와 같다. Preferably, the parameter may include at least one of voltage, current, and temperature. That is, the measuring unit can measure the parameters of the battery cell, such as the voltage across the battery cell, the current flowing through the battery cell, and / or the temperature of the battery cell. However, the parameters listed above are, as one example, as described above, in addition to the parameters listed above.

또한, 바람직하게는, 측정되는 파라미터는 배터리 팩의 상태를 추정하는 방법에 따라 달라지는 것이 좋다. 추정 방법에 따라 필요한 파라미터를 측정하는 것이 효율적이기 때문이다. Preferably, the measured parameter varies depending on a method of estimating the state of the battery pack. This is because it is effective to measure necessary parameters according to the estimation method.

예를 들어, 배터리의 용량 퇴화도(SOH)을 추정함에 있어서, 전류 적산법을 사용할 경우, 완전 충전 상태에서 완전 방전까지 소모하는 전력을 측정하기 위해 전압값과 전류값이 필요하다. 따라서, 이러한 실시예에서는, 측정부(320)는, 배터리 셀(100) 양단의 전압과 배터리 셀(100)에 흐르는 전류를 측정하는 것이 바람직하다.For example, in estimating the capacity degradation degree (SOH) of a battery, when a current integration method is used, a voltage value and a current value are required to measure power consumed from a full charge state to a full discharge state. Therefore, in this embodiment, it is preferable that the measuring unit 320 measures the voltage across the battery cell 100 and the current flowing through the battery cell 100.

더욱 바람직하게는, 측정되는 파라미터에는 전압이 포함되는 것이 좋다. 왜냐하면, 전압은 측정이 용이하고, 배터리의 잔존 용량(SOC)이나 용량 퇴화도(SOH)를 추정함에 있어서 전압이 많이 사용되기 때문이다.More preferably, the measured parameters include a voltage. This is because the voltage is easily measured and a large amount of voltage is used in estimating the remaining capacity (SOC) and the capacity degradation degree (SOH) of the battery.

상기 추정부(330)는, 측정부(320)에 의해 측정된 파라미터를 이용하여 배터리 팩의 상태를 추정한다. 즉, 추정부(330)는, 배터리 셀(100)의 파라미터의 변화를 이용하여 배터리 팩의 상태를 추정할 수 있다.The estimating unit 330 estimates the state of the battery pack using the parameter measured by the measuring unit 320. [ That is, the estimator 330 can estimate the state of the battery pack using the change in the parameters of the battery cell 100. [

한편, 바람직하게는, 이러한 상태는, 잔존 용량 및/또는 용량 퇴화도 등 일 수 있으며, 이외에도 배터리 팩의 상태는, 배터리 팩의 성능 등을 표현할 수 있는 정량적인 수치로 표현될 수 있다. Preferably, the state may be a remaining capacity and / or a capacity degradation degree. In addition, the state of the battery pack may be expressed by a quantitative value expressing the performance of the battery pack and the like.

여기서 잔존 용량 및/또는 용량 퇴화도는 다양한 방법에 의해 추정될 수 있다. 먼저, 잔존 용량에 관한 예를 들면, 잔존 용량을 추정하기 위해 전압과 잔존 용량에 대한 룩업 테이블이 이용될 수 있다. 즉, 추정부(330)는, 배터리 셀(100)의 양단 전압을 측정하고 측정된 전압에 대응하는 잔존 용량을 미리 만들어진 룩업 테이블에서 조회하여 잔존 용량을 추정할 수 있다. Here, the remaining capacity and / or capacity degradation degree can be estimated by various methods. First, for example, a lookup table for the voltage and the remaining capacity may be used to estimate the remaining capacity, for example. That is, the estimator 330 can measure the voltage across the battery cell 100 and estimate the remaining capacity by inquiring the remaining capacity corresponding to the measured voltage in a pre-made look-up table.

다음으로, 용량 퇴화도에 관한 예를 들면, 밸런싱장치(200)가, 배터리 셀(100)을 완전 충전시킨 후 배터리 셀(100)을 완전 방전시키면, 추정부(330)는, 배터리 셀(100)이 완전 방전될 때까지 소비된 전력을 산정하여 용량 퇴화도를 추정할 수 있다. Next, when the balancing device 200 fully discharges the battery cell 100 after the battery cell 100 is fully charged, for example, the estimator 330 determines that the battery cell 100 ) Can be estimated by estimating the power consumed until the battery is fully discharged.

다만, 상술한 잔존 용량 및 용량 퇴화도에 관한 추정 방법은 일 예로 이러한 방법 외에도 다양한 방법이 이용될 수 있음은 물론이다.However, it is needless to say that various methods other than this method can be used as an example of the above-described estimation method regarding the remaining capacity and the capacity degradation degree.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 팩에 대해 보다 상세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, the battery pack according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 연결 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a schematic view illustrating a connection structure of a battery pack according to another embodiment of the present invention.

바람직하게는, 상기 밸런싱장치(200)는, 배터리 셀(100)을 방전시킨다. 이러한 실시예에 따른 밸런싱장치(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 셀(100)을 방전시키기 위한 저항(211)이 포함된 회로를 구비할 수 있다. 이와 같이, 방전에 의해 밸런싱을 수행할 경우, 밸런싱장치(200)의 회로구성이 간단해지는 장점이 있다.Preferably, the balancing device 200 discharges the battery cell 100. The balancing device 200 according to this embodiment may include a circuit including a resistor 211 for discharging the battery cell 100 as shown in FIG. When the balancing is performed by the discharge, the circuit configuration of the balancing device 200 is simplified.

또한 바람직하게는, 상기 밸런싱장치(200)는, 배터리 셀(100)에 적어도 하나씩 구비되는 밸런싱회로(210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 셀(100)에는 저항(211)을 포함하는 밸런싱회로(210)가 병렬로 연결될 수 있다. 도 4의 실시예에 따른 밸런싱회로(210)는 스위치(212)를 더 포함할 수 있는데, 각각의 스위치(212)는 배터리 팩 관리 장치(300)의 제어부(310)에 의해 스위칭이 제어될 수 있다. Also, preferably, the balancing device 200 may include at least one balancing circuit 210 in the battery cell 100. For example, as shown in FIG. 4, a balancing circuit 210 including a resistor 211 may be connected to the battery cell 100 in parallel. The balancing circuit 210 according to the embodiment of FIG. 4 may further include a switch 212, wherein each switch 212 can be controlled by the control unit 310 of the battery pack management device 300 have.

도 5는, 도 4의 스위치가 닫힌 상태에서 전류가 흐르는 모습을 시각적으로 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing a state in which a current flows in a closed state of the switch in Fig.

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(310)가, 각각의 스위치(212)가 모두 턴 온 되도록 각각의 스위치(212)를 제어하면 도 5에 표시된 경로를 따라 전류가 흐르게 되고 이로 인해 각각의 배터리 셀(100)은 방전된다. 방전을 통해 배터리 셀(100)의 전압, 전류 등의 파라미터가 변화되면 측정부(320)는 변화된 파라미터를 측정하고, 추정부(330)는 측정된 파라미터를 이용하여 각각의 배터리 셀(100)의 상태를 추정할 수 있다. 또한, 추정부(330)는, 이렇게 측정된 각각의 배터리 셀(100)의 상태에 관한 정보를 종합하여 배터리 팩의 상태를 추정할 수 있다.As shown in FIG. 5, when the control unit 310 controls each of the switches 212 so that each of the switches 212 is turned on, a current flows along the path shown in FIG. 5, The cell 100 is discharged. When the parameters such as the voltage and current of the battery cell 100 are changed through discharging, the measuring unit 320 measures the changed parameters, and the estimating unit 330 estimates the parameters of the battery cells 100 using the measured parameters. The state can be estimated. In addition, the estimator 330 can estimate the state of the battery pack by summing up the information on the states of the respective battery cells 100 thus measured.

이와 같이, 제어부(310)가 배터리 셀(100) 단위로 충전 또는 방전을 제어하고, 측정부(320)가 배터리 셀(100) 단위로 변화된 파라미터를 측정하면, 추정부(330)는, 배터리 셀(100) 단위로 배터리 셀(100)의 잔존 용량 및/또는 용량 퇴화도 등을 추정할 수 있는 장점이 있다. When the control unit 310 controls charging or discharging in units of the battery cells 100 and the measuring unit 320 measures the changed parameters in units of the battery cells 100, It is possible to estimate the remaining capacity and / or capacity degradation degree of the battery cell 100 in units of (100).

즉, 종래기술에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 셀(100) 단위의 상태 추정을 수행하는 것이 곤란하지만, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 셀(100) 단위의 상태 추정을 수행할 수 있으므로, 종래 기술에 비해, 정확하게 배터리 팩의 상태를 추정할 수 있다.That is, it is difficult for the battery pack management apparatus according to the related art to perform state estimation for each battery cell 100, but the battery pack management apparatus according to the present invention performs state estimation for each battery cell 100 It is possible to accurately estimate the state of the battery pack as compared with the conventional art.

특히, 도 4 및 도 5의 실시예와 같이, 배터리 셀(100)에 적어도 하나의 밸런싱회로(210)가 구비되면, 배터리 셀(100)이 방전시 각 밸런싱회로(210)에 구비된 저항(211)에서 분산되어 열이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 실시예에 따른 배터리 팩은, 종래기술에 따른 강제 방전용 저항에서 집중적으로 발열이 일어나는 것과 비교할 때 높은 안전성을 갖게 되어, 화재 또는 폭발 등의 위험이 적은 장점이 있다.4 and 5, when at least one balancing circuit 210 is provided in the battery cell 100, the resistance of the battery cell 100 when the battery cell 100 is discharged 211 to generate heat. Therefore, the battery pack according to this embodiment has a high safety in comparison with the heat generation intensively in the forced discharge resistor according to the related art, and there is little risk of fire or explosion.

바람직하게는, 상기 제어부(310)는, 주기적으로 배터리 셀(100)을 충전 또는 방전시키도록 제어할 수 있다. 즉, 배터리 학습 사이클 방식(Learning Cycle Method)을 통해 배터리의 상태를 추정할 수 있다. Preferably, the controller 310 may control the charging or discharging of the battery cell 100 periodically. That is, the state of the battery can be estimated through the Learning Cycle Method.

예를 들어, 제어부(310)는, 1시간에 1회씩 1초 동안 배터리 셀(100)을 방전시키고, 24시간에 1회씩 배터리를 완전 충전 후 완전 방전시키도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 이러한 실시예에 의하면, 배터리 팩 관리 장치(300)는, 1시간에 1회씩 1초 동안의 방전을 통해 배터리 셀(100)의 잔존 용량을 추정하고, 24시간, 즉 1일에 1회씩 완전 충전 후 완전 방전을 통해 배터리 셀(100)의 용량 퇴화도를 추정할 수 있다.For example, the control unit 310 can discharge the battery cell 100 for 1 second once per hour, and completely discharge the battery 100 once every 24 hours. In other words, according to this embodiment, the battery pack management device 300 estimates the remaining capacity of the battery cell 100 through discharging for 1 second once per hour, and stores the remaining capacity of the battery cell 100 for 24 hours, that is, 1 The capacity degradation degree of the battery cell 100 can be estimated through the full discharge after the full charge.

다만, 상기의 예로 든 주기는 일 예로서, 본 발명은 이러한 주기에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 실험 등을 통해 배터리 팩의 성능과 사용환경 등을 고려하여 최적 또는 호적의 주기를 채택할 수 있을 것이다.However, the present invention is not limited to such a cycle, and those skilled in the art will be able to experiment with the performance of the battery pack, It would be possible to adopt an optimum or family cycle.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 무정전 전원 공급장치(UPS)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 상술한 배터리 팩을 포함하는 무정전 전원 공급장치가 제공될 수 있다. 이러한 무정전 전원 공급장치는, 가정이나 산업설비 등과 연결되어 상용 전원의 공급에 장애가 발생한 경우에 안정된 전원을 공급할 수 있도록 하기 위해 배터리 팩뿐만 아니라 A/D(D/A) 컨버터 및/또는 변압기 등을 더 포함할 수 있다.The battery pack according to the present invention can be applied to an uninterruptible power supply (UPS). That is, according to the present invention, an uninterruptible power supply apparatus including the battery pack described above can be provided. Such an uninterruptible power supply unit may include an A / D (D / A) converter and / or a transformer as well as a battery pack in order to supply stable power in the event of a failure in the supply of commercial power, .

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.

본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기보다는 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. In describing various embodiments of the present invention, the components named as 'parts' should be understood as functionally distinct elements rather than physically distinct elements. Thus, each component may be selectively integrated with another component, or each component may be divided into sub-components. However, it should be understood by those skilled in the art that the integrated or divided components should be construed as being within the scope of the present invention if the identity of the functions can be recognized even if the components are integrated or divided .

본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.The features described in the individual embodiments herein may be combined and implemented in a single embodiment. Conversely, various features described herein in a single embodiment may be implemented in various embodiments individually or in a suitable subcombination.

배터리 셀: 100
밸런싱장치: 200
밸런싱회로: 210 저항: 211 스위치: 212
배터리 팩 관리 장치: 300
제어부: 310 측정부: 320 추정부: 330Battery cell: 100
Balancing device: 200
Balancing circuit: 210 Resistance: 211 Switch: 212
Battery pack management unit: 300
Control part: 310 Measuring part: 320 Estimation part: 330

Claims (12)

하나 이상의 배터리 셀;
상기 배터리 셀 간의 전압을 밸런싱하는 밸런싱장치; 및
상기 밸런싱장치를 이용하여 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전 여부를 제어하고, 상기 배터리 셀이 상기 밸런싱장치에 의해 충전 또는 방전되면 충전 또는 방전에 의해 변화된 상기 배터리 셀의 파라미터를 측정하고, 상기 측정된 파라미터를 이용하여 배터리 팩의 상태를 추정하는 배터리 팩 관리 장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.One or more battery cells;
A balancing device for balancing a voltage between the battery cells; And
Controlling the charging or discharging of the battery cell using the balancing device and measuring a parameter of the battery cell changed by charging or discharging when the battery cell is charged or discharged by the balancing device, A battery pack management device for estimating a state of the battery pack using the battery pack;
And the battery pack (100). 제1항에 있어서,
상기 파라미터는 전압, 전류, 온도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The method according to claim 1,
Wherein the parameter includes at least one of voltage, current, and temperature. 제1항에 있어서,
상기 상태는 잔존 용량 및 용량 퇴화도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The method according to claim 1,
Wherein the state includes at least one of a remaining capacity and a capacity degradation degree. 제1항에 있어서,
상기 밸런싱장치는, 상기 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The method according to claim 1,
Wherein the balancing device discharges the battery cell. 제1항에 있어서,
상기 배터리 팩 관리 장치는, 주기적으로 배터리 셀을 충전 또는 방전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The method according to claim 1,
Wherein the battery pack management device periodically controls charging or discharging of the battery cell. 제1항에 있어서,
상기 밸런싱장치는, 상기 배터리 셀에 적어도 하나씩 구비되는 밸런싱회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The method according to claim 1,
Wherein the balancing device includes at least one balancing circuit in the battery cell. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 무정전 전원 공급장치.An uninterruptible power supply comprising a battery pack according to any one of claims 1 to 6. 배터리 셀 간의 전압을 밸런싱하는 밸런싱장치가 구비된 배터리 팩을 관리하는 장치에 있어서,
상기 밸런싱장치를 이용하여 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전 여부를 제어하는 제어부;
상기 배터리 셀이 상기 밸런싱장치에 의해 충전 또는 방전되면 충전 또는 방전에 의해 변화된 상기 배터리 셀의 파라미터를 측정하는 측정부; 및
상기 측정된 파라미터를 이용하여 배터리 팩의 상태를 추정하는 추정부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.An apparatus for managing a battery pack having a balancing device for balancing a voltage between battery cells,
A controller for controlling whether the battery cell is charged or discharged using the balancing device;
A measuring unit for measuring a parameter of the battery cell changed by charging or discharging when the battery cell is charged or discharged by the balancing device; And
An estimating unit estimating a state of the battery pack using the measured parameters;
The battery pack management apparatus comprising: 제8항에 있어서,
상기 파라미터는 전압, 전류, 온도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the parameter includes at least one of voltage, current, and temperature. 제8항에 있어서,
상기 상태는 잔존 용량 및 용량 퇴화도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the state includes at least one of a remaining capacity and a capacity degradation degree. 제8항에 있어서,
상기 밸런싱장치는, 상기 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the balancing device discharges the battery cell. 제8항에 있어서,
상기 제어부는, 주기적으로 배터리 셀을 충전 또는 방전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the control unit periodically controls charging or discharging of the battery cells.
KR1020130126036A 2013-10-22 2013-10-22 Apparatus for managing battery pack and including the same KR101630411B1 (en)

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