KR20170062764A - Apparatus and method for battery cell balancing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 셀 벨런싱 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는 배터리 셀 벨런싱의 허용 전류 증가와 인접한 셀을 벨런싱 함으로서, 셀 벨런싱의 속도를 향상 시키는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention relates to a battery cell balancing apparatus and method, and more particularly, to an apparatus and method for increasing the rate of cell balancing by increasing a permissible current of a battery cell balancing and balancing an adjacent cell.
Description
본 발명은 배터리 셀 벨런싱 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는 배터리 셀 벨런싱의 허용 전류 증가와 인접한 셀을 벨런싱 함으로서, 셀 벨런싱의 속도를 향상 시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell balancing apparatus and method, and more particularly, to an apparatus and method for increasing the rate of cell balancing by increasing the allowable current of the battery cell balancing and balancing the neighboring cells.
최근 매년 반복되는 전력 수급의 부족 현상과 같은 문제를 해결하기 위한 적절한 대안으로서 에너지 저장 시스템에 관한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 에너지 저장 시스템이란 생산된 전력을 전력계통(grid)에 저장하였다가 전력이 필요한 시기에 공급함으로써 에너지 효율을 높이는 시스템이다. 배터리 방식의 에너지 저장 시스템 기술로는 리튬이온 배터리가 고효율, 고성능 및 우수한 충방전 특성 등으로 가장 주목 받고 있다.R & D on energy storage systems is being actively pursued as an appropriate alternative to solve the problems such as the shortage of power supply and demand repeated every year. The energy storage system is a system that stores the generated power in the grid and increases the energy efficiency by supplying the power when necessary. As a battery-based energy storage system technology, lithium-ion batteries are attracting the most attention due to their high efficiency, high performance and excellent charge / discharge characteristics.
하지만, 종래의 에너지 저장 시스템에 사용되는 배터리 모듈들은 다음과 같은 문제점을 갖는다.However, battery modules used in conventional energy storage systems have the following problems.
에너지 저장 시스템의 전기적으로 병렬 연결된 복수 개의 배터리 모듈들에서 배터리 모듈 간의 전압 차이가 발생할 경우, 과충전, 과방전 등과 같은 이상 상태로 인하여 발생한 과전류가 배터리 모듈 내부로 인입되거나, 배터리 모듈 내부에서 외부로 출력될 수 있다. 이때 과전류의 영향을 받는 배터리 모듈의 배터리 셀은 안정성이 떨어지게 되어 배터리 모듈의 수명이 단축된다. 또한, 과전류의 영향을 받는 배터리 모듈의 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)의 스위칭 소자인 FET가 과전류로 인해 파손되어 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀의 보호 동작을 수행할 수 없는 문제가 발생한다.When a voltage difference occurs between battery modules in a plurality of electrically paralleled battery modules of an energy storage system, an overcurrent generated due to an abnormal state such as overcharge, overdischarge, or the like is drawn into the battery module, . At this time, the battery cell of the battery module affected by the overcurrent degrades in stability and shortens the life of the battery module. Further, there is a problem that the FET, which is a switching element of the battery management system (BMS) of the battery module under the influence of the overcurrent, is damaged due to the overcurrent, and the protection operation of the battery cell constituting the battery pack can not be performed .
한편, 종래의 에너지 저장 시스템의 배터리 모듈에 관한 기술들은 상기의 문제점들을 해결하기 위한 방법으로서 병렬 연결된 복수 개의 배터리 모듈들 간에 전압 차이가 발생하면, 배터리 셀의 벨런싱을 위해 각각의 모듈들의 전압들을 하나의 스위치 및 하나의 저항을 이용하였다..[0004] Meanwhile, when a voltage difference occurs between a plurality of battery modules connected in parallel as a method for solving the above problems, the battery module of the conventional energy storage system uses voltages of the respective modules for balancing of the battery cells Switches and one resistor.
하지만, 종래의 하나의 스위치 및 하나의 저항을 이용하여 셀 벨런싱하는 기술은 허용 전류가 50mA 정도로 작아 균일화에 시간이 오래 걸리고, 인접한 셀끼리는 벨린싱하기 어려운 문제점이 있었다.However, the conventional cell balancing technique using one switch and one resistor has a problem that the allowable current is as small as about 50 mA, so that it takes a long time to equalize and it is difficult to allow adjacent cells to be connected.
따라서, 셀 벨런싱의 속도를 향상시키기 위해 허용 전류를 증가시키고, 인접한 셀들끼리도 벨런싱할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.Therefore, there is a need for an apparatus and method that can increase the allowable current to allow for the speeding up of cell balancing and also allow adjacent cells to be able to be balanced.
본 발명은 인접한 셀을 동시에 벨런싱하여, 배터리의 전체적인 셀 벨런싱 속도를 향상시키는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for simultaneously balancing adjacent cells to improve the overall cell balancing rate of the battery.
본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈의 셀 벨런싱을 수행하는 장치는, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 방전을 제어하는 개별 셀 방전 스위치, 상기 복수개의 배터리 셀 중에서 직렬로 연결된 서로 인접한 두 개의 배터리 셀이 동시에 방전하도록 제어하는 인접 셀 방전 스위치, 상기 개별 셀 방전 스위치 및 인접 셀 방전 스위치를 제어하는 제어부, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함하여 구성될 수 있다.An apparatus for performing cell balancing of a battery module including a plurality of battery cells according to an exemplary embodiment of the present invention includes an individual cell discharge switch for controlling discharge of each of the plurality of battery cells, An adjacent cell discharge switch for controlling the adjacent two battery cells to discharge simultaneously, a control unit for controlling the individual cell discharge switch and the adjacent cell discharge switch, and a voltage measuring unit for measuring the voltage of each of the plurality of battery cells have.
상기 개별 셀 방전 스위치의 일단은 배터리 셀의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 배터리 셀의 (+)출력단에 연결될 수 있다.One end of the individual cell discharge switch may be connected to the (-) output terminal of the battery cell, and the other end may be connected to the (+) output terminal of the battery cell.
상기 인접 셀 방전 스위치는 서로 직렬 연결되고 인접한 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 동시에 방전시키며, 상기 인접 셀 방전 스위치의 일단은 제1 배터리 셀의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 제2 배터리 셀의 (+)출력단에 연결될 수 있다.The adjacent cell discharge switches are connected in series to each other and discharge the adjacent first and second battery cells simultaneously, one end of the adjacent cell discharge switch is connected to the (-) output terminal of the first battery cell, (+) Output terminal of the battery cell.
상기 제어부는, 각각의 배터리 셀들의 ID가 저장되어 있는 셀 ID 저장부, 상기 전압 측정부에서 측정된 각각의 배터리 셀 전압 중에서 최저 전압 값을 갖는 셀을 검출하는 최저 전압 셀 검출부, 상기 최저 전압 검출부에서 검출된 최저 전압보다 소정의 전압 값 이상의 전압을 갖는 셀을 검출하는 하이(high) 셀 검출부, 상기 최저 전압 검출부 및 하이 셀 검출부의 검출 결과에 따라, 개별 셀 방전 스위치 및 인접 셀 방전 스위치를 제어하는 스위치 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.The control unit includes a cell ID storing unit storing IDs of the battery cells, a lowest voltage cell detecting unit detecting a cell having a lowest voltage value among the battery cell voltages measured by the voltage measuring unit, A high cell detection section for detecting a cell having a voltage higher than a lowest voltage detected by the low voltage detection section and the high cell detection section, a control section for controlling the individual cell discharge switch and the adjacent cell discharge switch And a switch control unit for controlling the switch.
상기 스위치 제어부는, 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀의 개별 셀 방전 스위치를 온 시키고, 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀의 개별 셀 방전 스위치를 오프(off) 시키고, 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀이 상기 최저 전압 셀 검출부에서 검출된 최저 전압 셀이 아니면, 상기 하이 셀과 하이 셀과 직렬 연결된 인접한 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치를 모두 온 시키고, 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀 중 어느 한 셀이 상기 최저 전압 셀 검출부에서 검출된 최저 전압 셀이면, 상기 하이 셀과 상기 최저 전압 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치는 오프 시키고, 상기 하이 셀과 인접한 다른 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치를 온 시키며, 상기 스위치 온 된 인접 셀 방전 스위치와 연결되어 있는 다른 인접 셀 방전 스위치를 오프 시킬 수 있다.The switch control unit turns on an individual cell discharge switch of a cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detection unit and sets the adjacent cells connected in series with the cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detection unit The individual cell discharging switches of the two cells are turned off and if two adjacent cells connected in series with the cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detecting unit are not the lowest voltage cell detected by the lowest voltage cell detecting unit And a control unit for turning on all of the adjacent cell discharge switches connected to the cells connected in series with the high cell and the high cell and switching the cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detection unit If the cell is the lowest voltage cell detected by the lowest voltage cell detection unit, The adjacent cell discharging switch connected to the lowest voltage cell is turned off, the adjacent cell discharging switch connected to another cell adjacent to the high cell is turned on, and the adjacent cell discharging switch connected to the adjacent cell discharging switch The discharge switch can be turned off.
상기 하이 셀 검출부에서 가장 높은 전압을 갖는 셀이 여러 개면, 상기 셀 ID 저장부에 저장되어 있는 셀 ID가 낮은 셀을 우선적으로 선택할 수 있다.If there are a plurality of cells having the highest voltage in the high-cell detection unit, a cell having a low cell ID stored in the cell ID storage unit can be preferentially selected.
본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈의 셀 벨런싱을 수행하는 방법은 상기 복수개의 배터리 셀들 중에서 가장 낮은 전압을 갖는 셀을 검출하는 최저 전압 셀 검출 단계, 상기 최저 전압 셀보다 소정의 전압 값 이상의 전압을 갖는 셀을 검출하는 하이(high)셀 검출 단계, 온(on) 시킬 개별 셀 방전 스위치를 설정하는 개별 셀 방전 스위치 설정 단계, 온 시킬 인접 셀 방전 스위치를 설정하는 인접 셀 방전 스위치 설정 단계를 포함하여 구성될 수 있다.A method of performing cell balancing of a battery module including a plurality of battery cells according to an exemplary embodiment of the present invention includes a minimum voltage cell detection step of detecting a cell having the lowest voltage among the plurality of battery cells, A high cell detection step of detecting a cell having a voltage equal to or higher than the voltage value of the adjacent cell discharge switch, an individual cell discharge switch setting step of setting an individual cell discharge switch to be turned on, And a switch setting step.
상기 개별 셀 방전 스위치 설정 단계는, 상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀의 개별 셀 방전 스위치를 온 시키는 하이 셀 개별 방전 스위치 온 단계, 상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀의 개별 셀 방전 스위치를 오프(off) 시키는 하이 셀 인접 개별 방전 스위치 오프 단계를 포함하여 구성될 수 있다.The individual cell discharge switch setting step may include a high-cell individual discharge switch-on step of turning on an individual cell discharge switch of a cell having the highest voltage among the high cells detected in the high-cell detection step, And a high-cell adjacent individual discharge switch-off step of turning off the individual cell discharge switches of two adjacent cells connected in series with the cell having the highest voltage in the high-cells.
상기 인접 셀 방전 스위치 설정 단계는, 상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀이 상기 최저 전압 셀 검색 단계에서 검색된 셀이 아닌 경우, 상기 하이 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치를 온 시키고, 상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀 중 어느 한 셀이 상기 최저 전압 셀 검색 단계에서 검색된 셀인 경우, 상기 최저 전압 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치는 오프 시키고, 다른 인접한 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치를 온 시키는 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계, 상기 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계에서 온 된 하이 셀 인접 방전 스위치와 연결되어 있는 다른 인접 셀 방전 스위치를 오프 시키는 하이 셀 인접 방전 스위치 오프 단계를 포함하여 구성될 수 있다.The neighboring cell discharge switch setting step may include a step of setting the adjacent cell discharge switch in a case where two adjacent cells connected in series with a cell having the highest voltage among the high cells detected in the high cell detection step are not the cells retrieved in the lowest voltage cell search step, When one of the cells having the highest voltage among the high cells detected in the high cell detection step and one of two adjacent cells connected in series is the cell found in the lowest voltage cell search step, A high-cell adjacent discharge switch-on step of turning off an adjacent discharge switch connected to the lowest voltage cell and turning on an adjacent discharge switch connected to another adjacent cell, a high-cell adjacent discharge switch- The other adjacent cell discharge switch connected to the switch is turned off And the cell adjacent discharge switch-off step.
가장 높은 전압을 갖는 하이 셀이 여러 개인 경우, 상기 하이 셀 중에서 셀 ID가 가장 낮은 셀을 우선적으로 선택할 수 있다.If there are a plurality of high cells having the highest voltage, the cell having the lowest cell ID among the high cells can be preferentially selected.
본 발명은 배터리 셀 벨런싱의 허용 전류가 증가하여, 배터리 셀 벨런싱 속도를 향상 시킬 수 있다.The present invention increases the allowable current of battery cell balancing, thereby improving battery cell balancing speed.
또한, 본 발명은 인접한 셀을 벨런싱 함으로써, 배터리 셀의 벨런싱 속도를 향상 시킬 수 있다.Further, the present invention can improve the balancing speed of the battery cell by balancing adjacent cells.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 장치의 구체적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 방법의 순서도 이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 방법의
개별 셀 방전 스위치 설정 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 방법의 인접 셀 방전 스위치 설정 단계의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 방법의 예시도 이다.1 is a configuration diagram of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed circuit diagram of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a battery balancing method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method of setting individual cell discharge switches in a battery balancing method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a step of setting a neighboring cell discharge switch of the battery balancing method according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view of a battery balancing method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the exemplary embodiments. Like reference numerals in the drawings denote members performing substantially the same function.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, without departing from the spirit or scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 장치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 장치를 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 장치는 복수개의 배터리 셀(100)들로 구성된 배터리에 있어서, 상기 복수개의 배터리 셀(100) 각각의 방전을 제어하는 개별 셀 방전 스위치(200), 상기 복수개의 배터리 셀(100) 중에서 직렬로 연결될 서로 인접한 두 개의 배터리 셀(100)이 동시에 방전하도록 제어하는 인접 셀 방전 스위치(300), 상기 개별 셀 방전 스위치(200) 및 인접 셀 방전 스위치(300)를 제어하는 제어부(400), 상기 복수의 배터리 셀(100) 각각의 전압을 측정하는 전압 측정부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2, a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. A battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention is a battery composed of a plurality of
상기 개별 셀 방전 스위치(200)의 일단은 배터리 셀(100)의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 배터리 셀(100)의 (+)출력단에 연결될 수 있다.One end of the individual
이와 같이 각각의 배터리 셀(100)에 연결된 개별 방전 스위치(200)는 배터리를 구성하는 배터리 셀(100)의 개수만큼 구비된다.The
한편, 상기 인접 셀 방전 스위치(300)는 서로 직렬 연결되고 인접한 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 동시에 방전시키며, 상기 인접 셀 방전 스위치(300)의 일단은 제1 배터리 셀의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 제2 배터리 셀의 (+)출력단에 연결될 수 있다.The adjacent
한편, 상기 제어부(400)는, 각각의 배터리 셀들의 ID가 저장되어 있는 셀 ID 저장부, 상기 전압 측정부에서 측정된 각각의 배터리 셀 전압 중에서 최저 전압을 검출하는 최저 전압 검출부, 상기 최저 전압 검출부에서 검출된 최저 전압보다 소정의 전압 값 이상의 전압을 갖는 셀을 검출하는 하이 셀 검출부, 상기 최저 전압 검출부 및 하이 셀 검출부의 검출 결과에 따라 개별 셀 방전 스위치 및 인접 셀 방전 스위치를 제어하는 스위치 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.The
보다 구체적으로, 상기 스위치 제어부는, 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀의 개별 셀 방전 스위치(200)를 온 시키고, 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀의 개별 셀 방전 스위치(200)를 오프 시킬 수 있다.More specifically, the switch control section turns on the individual
그리고 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀이 상기 최저 전압 셀 검출부에서 검출된 최저 전압 셀이 아니면, 상기 하이 셀과 하이 셀과 직렬 연결된 인접한 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치(300)를 모두 온 시키고, 상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀 중 어느 한 셀이 상기 최저 전압 셀 검출부에서 검출된 최저 전압 셀이면, 상기 하이 셀과 상기 최저 전압 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치(300)는 오프 시키고, 상기 하이 셀과 인접한 다른 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치(300)를 온 시키며, 상기 스위치 온 된 인접 셀 방전 스위치(300)와 연결되어 있는 다른 인접 셀 방전 스위치(300)를 오프 시킬 수 있다.If two adjacent cells connected in series with a cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detecting unit are not the lowest voltage cell detected by the lowest voltage cell detecting unit, When the adjacent
한편, 이와 같이 상기 스위치 온 된 인접 셀 방전 스위치(300)와 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치(300)를 오프 시키는 것은 상기 스위치 온 된 인접 셀 방전 스위치가 연속하여 온 되면, 스위치에 과전압이 인가되어 스위치가 손상될 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.On the other hand, turning off the adjacent
한편, 상기 하이 셀 검출부에서 가장 높은 전압을 갖는 셀이 여러 개면, 상기 셀 ID 저장부에 저장되어 있는 셀 ID가 낮은 셀을 우선적으로 선택할 수 있다.On the other hand, if there are a plurality of cells having the highest voltage in the high-cell detection unit, a cell having a low cell ID stored in the cell ID storage unit can be preferentially selected.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 벨런싱 방법의 순서도 이다.3 is a flowchart of a battery balancing method according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 벨런싱 방법을 설명한다.Hereinafter, a battery cell balancing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 벨런싱 방법은 배터리를 구성하는 복수개의 배터리 셀 중에서 가장 낮은 전압을 갖는 셀을 검출하는 최저 전압 셀 검출 단계(S100), 상기 최저 셀 전압 셀보다 소정의 전압 값 이상의 전압을 갖는 셀을 검출하는 하이(high) 셀 검출 단계(S200), 온 시킬 개별 셀 방전 스위치를 설정하는 개별 셀 방전 스위치 설정 단계(S300), 온 시킬 인접 셀 방전 스위치를 설정하는 인접 셀 방전 스위치 설정 단계(S400)를 포함하여 구성될 수 있다.A battery cell balancing method according to an exemplary embodiment of the present invention includes a minimum voltage cell detection step (S100) of detecting a cell having the lowest voltage among a plurality of battery cells constituting a battery, A high cell detection step (S200) for detecting a cell having a voltage, an individual cell discharge switch setting step (S300) for setting an individual cell discharge switch to be turned on, an adjacent cell discharge switch And a setting step S400.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 개별 셀 방전 스위치 설정 단계의 순서도 이다.4 is a flow chart of the individual cell discharge switch setting step according to the embodiment of the present invention.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 개별 방전 스위치 설정 단계를 설명한다.Hereinafter, an individual discharge switch setting step according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명의 실시 예에 따른 개별 방전 스위치 설정 단계(S300)는, 상기 하이 셀 검출 단계(S200)에서 검출된 가장 높은 전압을 갖는 셀의 개별 셀 방전 스위치를 온(on) 시키는 하이 셀 개별 방전 스위치 온 단계(S310, S320), 상기 하이 셀 검출 단계(S200)에서 검출된 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀을 제어하는 개별 셀 방전 스위치를 오프(off) 시키는 하이 셀 인접 개별 방전 스위치 오프 단계(S330)를 포함하여 구성될 수 있다.The individual discharging switch setting step S300 according to the embodiment of the present invention includes a high-cell individual discharging switch for turning on individual cell discharging switches of cells having the highest voltage detected in the high-cell detecting step S200 (S310, S320), a cell having the highest voltage detected in the high-cell detection step (S200), and a high-cell adjacent individual discharge switch for turning off the individual cell discharge switches controlling two adjacent cells connected in series And an off step S330.
보다 구체적으로 상기 하이 셀 개별 방전 스위치 온 단계(S310, S320)는, 가장 높은 전압을 갖는 셀을 우선적으로 방전시켜 전체적인 셀 벨런싱이 이루어지도록 하며, 상기 가장 높은 전압을 갖는 셀이 여러 개인 경우, 상기 가장 높은 전압을 갖는 셀 중에서 ID가 가장 낮은 셀을 우선적으로 선택할 수 있다.More specifically, in the high-cell individual discharge switch-on step (S310, S320), the cell having the highest voltage is preferentially discharged to perform the overall cell balancing. When there are a plurality of cells having the highest voltage, The cell having the lowest ID among the cells having the highest voltage can be preferentially selected.
한편, 하이 셀 인접 개별 방전 스위치 오프 단계(S330)는, 상기 하이 셀 개별 방전 스위치 온 단계에서 온 시킨 개별 방전 스위치와 인접한 스위치를 오프 시키는 단계로, 이는, 인접한 개별 방전 스위치가 동시에 온 되는 경우, 과전압이 스위치에 인가되어, 스위치가 손상되는 것을 방지하기 위함이다.Meanwhile, in the high-cell adjacent individual discharge switch-off step (S330), a switch adjacent to the individual discharge switch turned on in the high-cell individual discharge switch-on step is turned off, Overvoltage is applied to the switch to prevent the switch from being damaged.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인접 셀 방전 스위치 설정 단계의 순서도 이다.5 is a flowchart of a step of setting an adjacent cell discharge switch according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 인접 셀 방전 스위치 설정 단계를 설명한다.Hereinafter, a step of setting an adjacent cell discharge switch according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명의 실시 예에 따른 인접 셀 방전 스위치 설정 단계(S300)는 상기 하이 셀 검출 단계(S200)에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀이 상기 최저 전압 셀 검색 단계(S100)에서 검색된 셀이 아닌 경우, 상기 하이 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치를 온 시키고(S420), 상기 하이 셀 검출 단계(S410)에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀 중 어느 한 셀이 상기 최저 전압 셀 검색 단계에서 검색된 셀인 경우(S430), 상기 최저 전압 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치는 오프 시키고(S440), 다른 인접한 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치를 온 시키는 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계(S420) 및 상기 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계(S420)에서 온 된 하이 셀 인접 방전 스위치와 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치를 오프 시키는 인접 셀 방전 스위치 오프 단계(S450)를 포함하여 구성된다.The neighboring cell discharge switch setting step S300 of the present embodiment may be performed in the same manner as the neighboring cell discharge switch setting step S300 of FIG. 1, except that two adjacent cells connected in series with the cell having the highest voltage in the high- If the cell is not a cell, the neighboring discharge switch connected to the high cell is turned on (S420), and any one of two adjacent cells connected in series with the cell having the highest voltage in the high cell detection step (S410) In the case of the cell detected in the voltage cell search step S430, the adjacent discharge switch connected to the lowest voltage cell is turned off (S440), and the high-cell adjacent discharge switch on step for turning on the adjacent discharge switch connected to another adjacent cell (S420) and the adjacent cell discharge switch connected to the high-cell adjacent discharge switch turned on in the high-cell adjacent discharge switch-on step (S420) It is configured to include the neighboring cell discharge switch-off step (S450) of.
상기 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계(S450)는, 가장 높은 전압을 갖는 셀이 상기 개별 셀 방전 스위치 설정 단계에서 스위치 온 되어 방전이 일어나고, 상기 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결되고 서로 인접한 제1셀 및 제2셀 모두 최소 전압 셀이 아니면, 인접한 제1셀과 가장 높은 전압을 갖는 셀의 인접 셀 방전 스위치 및 인접한 제2셀과 가장 높은 전압을 갖는 셀의 인접 셀 방전 스위치가 온 되어 가장 높은 전압을 갖는 셀을 기준으로, 개별 셀 방전 스위치만 동작했을 때보다 3배 더 많은 방전이 발생하여, 셀 벨런싱 속도가 향상될 수 있다.In the high-cell adjacent discharge switch-on step S450, a cell having the highest voltage is switched on in the individual cell discharge switch setting step so that a discharge is generated, and the first cell If both the cell and the second cell are not the minimum voltage cell, the adjacent cell discharge switch of the cell having the highest voltage with the adjacent first cell and the adjacent cell discharge switch of the cell having the highest voltage with the adjacent second cell are turned on, The cell balancing rate can be improved by generating three times more discharge than when only the individual cell discharge switch is operated on the basis of the cell having the voltage.
한편, 상기 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계(S420)에서, 상기 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결되고 서로 인접한 제1셀 및 제2셀 중 제1셀이 최소 전압 셀이면, 인접한 제1셀과 가장 높은 전압을 갖는 셀의 인접 셀 방전 스위치는 오프 시키고, 인접한 제2셀과 가장 높은 전압을 갖는 셀의 인접 셀 방전 스위치는 온 되어 가장 높은 전압을 갖는 셀을 기준으로, 개별 셀 방전 스위치만 동작했을 때보다 2배 더 많은 방전이 발생하여, 셀 벨런싱 속도가 향상될 수 있다.If the first cell of the first cell and the second cell that are connected in series with the cell having the highest voltage and are adjacent to each other are the minimum voltage cells in the high-cell adjacent discharge switch-on step S420, The adjacent cell discharge switch of the cell having the highest voltage is turned off and the adjacent cell discharge switch of the cell having the highest voltage with respect to the adjacent second cell is turned on to operate only the individual cell discharge switch The discharge time is twice as much as that in the case where the battery is charged, and the cell balancing speed can be improved.
한편, 상기 하이 셀 인접 방전 스위치 오프 단계(S450)는, 상기 하이 셀 인접 방전 스위치가 온 될 때, 상기 하이 셀 인접 방전 스위치에 연결되어 있는 인접 스위치가 같이 온 되는 경우에 스위치에 과전압이 인가되어 스위치가 손상되는 것을 방지하기 위함이다.On the other hand, when the high-cell adjacent discharge switch is turned off (S450), an overvoltage is applied to the switch when the adjacent switch connected to the high-cell adjacent discharge switch is turned on This is to prevent damage to the switch.
한편, 상기 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계(S410)에서 가장 높은 전압을 갖는 하이 셀이 여러 개인 경우, 상기 하이 셀 중에서 셀 ID가 가장 낮은 셀을 우선적으로 선택할 수 있다.On the other hand, when there are several high cells having the highest voltage in the high-cell adjacent discharge switch-on step (S410), the cell having the lowest cell ID among the high cells can be preferentially selected.
구체적인 예시로, 도 6과 같이 구성되어 있는 배터리에서, 최소 전압 셀 검출 단계에서 셀 2가 최소 전압 셀로 검색되고, 하이 셀 검출 단계에서 검출된 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀이 셀 4인 경우, 상기 개별 스위치 설정 단계에서, 셀 4의 개별 셀 방전 스위치를 온 시키고, 셀 4와 직렬 연결된 셀 3과 셀 5의 개별 셀 방전 스위치를 오프할 수 있다.6, when the
그리고 상기 인접 셀 방전 스위치 설정 단계에서, 셀 4에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치 SW2와 SW4를 온 시키고, 상기 SW2와 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치인 SW6과 SW4와 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치 SW7을 오프할 수 있다.In the adjacent cell discharging switch setting step, the adjacent cell discharging switches SW2 and SW4 connected to the
상술한 바와 같이 개별 셀 방전 스위치 및 인접 셀 방전 스위치가 온 또는 오프 되도록 설정되면, ②, ④, ⑤ 의 전류 흐름이 발생하고, 셀 4에는 셀 3과 셀 5에 비해 3배 더 큰 전류소모가 가능해진다.As described above, when the individual cell discharging switch and the adjacent cell discharging switch are set to be on or off, a current flow of (2), (4), and (5) occurs and the
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.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 limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
100 : 배터리 셀
200 : 개별 셀 방전 스위치
300 : 인접 셀 방전 스위치
400 : 제어부
500 : 전압 측정부100: Battery cell
200: Individual cell discharge switch
300: adjacent cell discharge switch
400:
500: voltage measuring unit
Claims (10)
상기 복수의 배터리 셀 각각의 방전을 제어하는 개별 셀 방전 스위치;
상기 복수개의 배터리 셀 중에서 직렬로 연결된 서로 인접한 두 개의 배터리 셀이 동시에 방전하도록 제어하는 인접 셀 방전 스위치;
상기 개별 셀 방전 스위치 및 인접 셀 방전 스위치를 제어하는 제어부;
상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압을 측정하는 전압 측정부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 장치.
An apparatus for performing cell balancing of a battery module including a plurality of battery cells,
An individual cell discharge switch for controlling discharge of each of the plurality of battery cells;
An adjacent cell discharge switch for controlling the two battery cells adjacent to each other in series to discharge simultaneously;
A control unit for controlling the individual cell discharge switches and the adjacent cell discharge switches;
A voltage measuring unit for measuring a voltage of each of the plurality of battery cells;
Wherein the battery cell balancing device comprises:
상기 개별 셀 방전 스위치의 일단은 배터리 셀의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 배터리 셀의 (+)출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein one terminal of the individual cell discharge switch is connected to the (-) output terminal of the battery cell, and the other terminal is connected to the (+) output terminal of the battery cell.
상기 인접 셀 방전 스위치는 서로 직렬 연결되고 인접한 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 동시에 방전 시키며,
상기 인접 셀 방전 스위치의 일단은 제1 배터리 셀의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 제2 배터리 셀의 (+)출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the adjacent cell discharge switch discharges the first battery cell and the second battery cell adjacent to each other in series,
Wherein one end of the adjacent cell discharge switch is connected to the negative output terminal of the first battery cell and the other end is connected to the positive output terminal of the second battery cell.
상기 제어부는,
각각의 배터리 셀들의 ID가 저장되어 있는 셀 ID 저장부;
상기 전압 측정부에서 측정된 각각의 배터리 셀 전압 중에서 최저 전압 값을 갖는 셀을 검출하는 최저 전압 셀 검출부;
상기 최저 전압 검출부에서 검출된 최저 전압보다 소정의 전압 값 이상의 전압을 갖는 셀을 검출하는 하이(high) 셀 검출부;
상기 최저 전압 검출부 및 하이 셀 검출부의 검출 결과에 따라, 개별 셀 방전 스위치 및 인접 셀 방전 스위치를 제어하는 스위치 제어부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein,
A cell ID storage unit in which IDs of respective battery cells are stored;
A lowest voltage cell detector for detecting a cell having a lowest voltage value among the battery cell voltages measured by the voltage measuring unit;
A high cell detector for detecting a cell having a voltage higher than a lowest voltage detected by the lowest voltage detector;
A switch control unit for controlling the individual cell discharge switches and the adjacent cell discharge switches according to the detection results of the lowest voltage detection unit and the high cell detection unit;
Wherein the battery cell balancing device comprises:
상기 스위치 제어부는
상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀의 개별 셀 방전 스위치를 온 시키고,
상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀의 개별 셀 방전 스위치를 오프(off) 시키고,
상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀이 상기 최저 전압 셀 검출부에서 검출된 최저 전압 셀이 아니면, 상기 하이 셀과 하이 셀과 직렬 연결된 인접한 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치를 모두 온 시키고,
상기 하이 셀 검출부에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀 중 어느 한 셀이 상기 최저 전압 셀 검출부에서 검출된 최저 전압 셀이면, 상기 하이 셀과 상기 최저 전압 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치는 오프 시키고, 상기 하이 셀과 인접한 다른 셀에 연결되어 있는 인접 셀 방전 스위치를 온 시키며,
상기 스위치 온 된 인접 셀 방전 스위치와 연결되어 있는 다른 인접 셀 방전 스위치를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 장치.
The method of claim 4,
The switch control unit
The individual cell discharging switch of the cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detecting unit is turned on,
The individual cell discharge switches of two adjacent cells connected in series with the cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detection unit are turned off,
If two adjacent cells connected in series with a cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detecting unit are not the lowest voltage cell detected by the lowest voltage cell detecting unit, All of the adjacent cell discharge switches are turned on,
If any one of two cells connected in series with a cell having the highest voltage among the high cells detected by the high cell detecting unit is the lowest voltage cell detected by the lowest voltage cell detecting unit, And turns on an adjacent cell discharge switch connected to another cell adjacent to the high cell,
And turns off another adjacent cell discharging switch connected to the adjacent cell discharging switch that is switched on.
상기 하이 셀 검출부에서 가장 높은 전압을 갖는 셀이 여러 개면, 상기 셀 ID 저장부에 저장되어 있는 셀 ID가 낮은 셀을 우선적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 장치.
The method of claim 5,
Wherein a cell having a lowest cell ID stored in the cell ID storage unit is preferentially selected when a cell having a highest voltage is detected in the high cell detection unit.
상기 복수개의 배터리 셀들 중에서 가장 낮은 전압을 갖는 셀을 검출하는 최저 전압 셀 검출 단계;
상기 최저 전압 셀보다 소정의 전압 값 이상의 전압을 갖는 셀을 검출하는 하이(high)셀 검출 단계;
온(on) 시킬 개별 셀 방전 스위치를 설정하는 개별 셀 방전 스위치 설정 단계;
온 시킬 인접 셀 방전 스위치를 설정하는 인접 셀 방전 스위치 설정 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 방법.
A method of performing cell balancing of a battery module comprising a plurality of battery cells,
A lowest voltage cell detection step of detecting a cell having the lowest voltage among the plurality of battery cells;
A high cell detecting step of detecting a cell having a voltage higher than a voltage value of the lowest voltage cell;
An individual cell discharge switch setting step of setting an individual cell discharge switch to be turned on;
An adjacent cell discharge switch setting step of setting an adjacent cell discharge switch to be turned on;
Wherein the battery cell balancing method comprises the steps of:
상기 개별 셀 방전 스위치 설정 단계는,
상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀의 개별 셀 방전 스위치를 온 시키는 하이 셀 개별 방전 스위치 온 단계;
상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀의 개별 셀 방전 스위치를 오프(off) 시키는 하이 셀 인접 개별 방전 스위치 오프 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 방법.
The method of claim 7,
Wherein the individual cell discharge switch setting step comprises:
A high-cell individual discharge switch-on step of turning on individual cell discharge switches of cells having the highest voltage among the high cells detected in the high-cell detection step;
A high-cell adjacent individual discharging switch-off step of turning off individual cell discharging switches of two adjacent cells connected in series with a cell having the highest voltage among the high cells detected in the high-cell detecting step;
Wherein the battery cell balancing method comprises the steps of:
상기 인접 셀 방전 스위치 설정 단계는,
상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀이 상기 최저 전압 셀 검색 단계에서 검색된 셀이 아닌 경우, 상기 하이 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치를 온 시키고,
상기 하이 셀 검출 단계에서 검출된 하이 셀 중에서 가장 높은 전압을 갖는 셀과 직렬 연결된 인접한 두 셀 중 어느 한 셀이 상기 최저 전압 셀 검색 단계에서 검색된 셀인 경우, 상기 최저 전압 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치는 오프 시키고, 다른 인접한 셀에 연결되어 있는 인접 방전 스위치를 온 시키는 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계;
상기 하이 셀 인접 방전 스위치 온 단계에서 온 된 하이 셀 인접 방전 스위치와 연결되어 있는 다른 인접 셀 방전 스위치를 오프 시키는 하이 셀 인접 방전 스위치 오프 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 방법.
The method of claim 7,
Wherein the adjacent cell discharge switch setting step comprises:
If the adjacent cell connected in series with the cell having the highest voltage among the high cells detected in the high cell detection step is not the cell found in the lowest voltage cell search step, the adjacent discharge switch connected to the high cell is turned on ,
When one of the cells having the highest voltage among the high cells detected in the high cell detection step and one of the adjacent two cells connected in series is the cell found in the lowest voltage cell search step, A high-cell adjacent discharge switch-on step of turning off an adjacent discharge switch connected to other adjacent cells;
A high-cell adjacent discharging switch-off step of turning off another adjacent cell discharging switch connected to the high-cell adjacent discharging switch turned on in the high-cell adjacent discharging switch-on step;
Wherein the battery cell balancing method comprises the steps of:
가장 높은 전압을 갖는 하이 셀이 여러 개인 경우, 상기 하이 셀 중에서 셀 ID가 가장 낮은 셀을 우선적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 벨런싱 방법,
The method according to claim 8 or 9,
Wherein when a plurality of high cells having the highest voltage are selected, a cell having the lowest cell ID among the high cells is preferentially selected,
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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 |