KR20170088180A - Apparatus and method for setting and operating reference SOC of active cell balancing using common bus - Google Patents

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KR20170088180A
KR20170088180A KR1020160008201A KR20160008201A KR20170088180A KR 20170088180 A KR20170088180 A KR 20170088180A KR 1020160008201 A KR1020160008201 A KR 1020160008201A KR 20160008201 A KR20160008201 A KR 20160008201A KR 20170088180 A KR20170088180 A KR 20170088180A
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배선호
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method to set and operate a reference state of charge (SOC) of active cell balancing using a common bus, suggesting an optimized reference SOC selection method considering capacity decrease and efficiency of a converter due to aging of a battery in reference SOC setting to estimate a correct reference SOC in an early stage, thereby advancing efficient cell balancing. According to the present invention, the apparatus comprises: an SOC measurement unit to measure an SOC of each cell of a battery; a calculation unit applying power transfer efficiency of a converter connected to each cell based on the SOC of each cell to calculate the total energy (E_sum) of the battery to be cell-balanced, using the total energy of the battery to calculate a second reference SOC (SOC_optional ref) that all cells have an identical SOC, and accumulating a current generated based on a reference discharge current (i_ref) with a range not exceeding the maximum current of the converter to estimate an SOC value of each cell of the battery; a control unit to perform balancing of each cell of the battery based on the second reference SOC (SOC_optional ref); and common bus processing unit setting the reference discharge current based on the number of discharging cells and charging cells, and bidirectionally transferring the current to the converter in order to allow all converters to be normally operated within a permitted current through voltage maintenance in a common energy bus.

Description

공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치 및 방법{Apparatus and method for setting and operating reference SOC of active cell balancing using common bus}Technical Field [0001] The present invention relates to an active cell balancing system and method for setting and operating an active cell balancing system using a common bus,

본 발명은 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 배터리 노화 및 컨버터 전력 변환 효율을 고려한 최적화된 기준 SOC를 선정하여 액티브 셀 밸런싱을 수행시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reference SOC setting and operation apparatus and method for active cell balancing, and more particularly, to an apparatus and method for performing active cell balancing by selecting an optimized reference SOC considering battery aging and converter power conversion efficiency.

전자 제품의 급속한 발전과 소비자들의 고성능 전력원에 대한 높은 기대로 인해 에너지 소모가 높은 제품이 많이 등장하고 있다. 예를 들어, 노트북, 비디오 카메라, 스마트폰 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적으로 충전 및 방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발하다. 이러한 이차 전지로는 리튬 이차 전지가 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 낮은 등의 여러 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.Due to the rapid development of electronic products and the high expectations of consumers for high-performance power sources, many energy-intensive products are emerging. For example, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, smart phones, and the like has been rapidly increased, and development of batteries, robots, and satellites for energy storage has been accelerated, Research is active. Such a secondary battery is widely used because of its various advantages such as charge / discharge of a lithium secondary battery and low self-discharge rate.

특히, 최근에는 오염 물질 발생을 줄이고, 에너지 절약을 위해, 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 전기 자동차 등에는 전기 모터의 구동 전력을 제공하는 충방전 배터리가 필수적으로 장착된다.In particular, in recent years, efforts have been made to develop electric vehicles (EV) or hybrid vehicles to reduce pollutants and save energy. In such electric vehicles and the like, a charge and discharge battery that provides the driving power of the electric motor is essentially installed.

이러한 충방전이 가능한 배터리는 복수의 셀(cell)로 구성되고, 복수의 셀은 에너지의 손실을 줄이고 안정성 및 수명 향상 등을 위해 과충전 또는 과방전을 방지할 필요가 있다. 이를 위해, 과충전된 셀의 에너지를 저충전된 셀의 에너지로 분배시키는 셀 밸런싱(cell balancing)을 수행한다.Such a chargeable / dischargeable battery is composed of a plurality of cells, and a plurality of cells need to prevent overcharge or overdischarge in order to reduce energy loss and improve stability and lifetime. To do this, cell balancing is performed to distribute the energy of the overcharged cell to the energy of the low-charged cell.

그런데, 기존의 셀 밸런싱 알고리즘은 모두 셀 전압의 평균을 기준 전압으로 선정하여 기준 전압과 각 셀 전압 간의 비교를 통해 충방전 동작 모드를 결정하고, 모든 셀이 기준 전압에 도달하면 셀 밸런싱을 완료한다. 그러나, 셀의 단자 전압은 아래의 수학식 1과 같이 배터리 전류에 영향을 받기 때문에 충방전이 원하는 대로 이루어지지 않을 수 있다.In the conventional cell balancing algorithm, the average of the cell voltages is selected as the reference voltage, the charge / discharge operation mode is determined by comparing the reference voltage with each cell voltage, and when all the cells reach the reference voltage, the cell balancing is completed . However, since the terminal voltage of the cell is affected by the battery current as shown in Equation (1) below, charging and discharging may not be performed as desired.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서, 상기

Figure pat00002
는 단자 전압을, 상기
Figure pat00003
는 개회로 전압(open circuit voltage)을, 상기
Figure pat00004
는 배터리 전류를, 상기
Figure pat00005
는 임피던스를 의미한다.Here,
Figure pat00002
The terminal voltage,
Figure pat00003
The open circuit voltage,
Figure pat00004
The battery current,
Figure pat00005
Is an impedance.

또한, 셀 SOC의 평균으로 기준 SOC를 설정할 경우, 셀의 노화도의 차이 때문에 기준 SOC로 밸런싱하지 못하는 경우가 발생하며, 컨버터를 통한 전력의 분배시 컨버터의 전력변환 손실을 고려하여야 정확한 기준 SOC를 구할 수 있다.In addition, when the reference SOC is set as an average of the cell SOC, the reference SOC can not be balanced due to the difference in degree of aging of the cell. When the power is distributed through the converter, .

국내출원번호 제10-2013-0145470호 (출원일자 2013.11.27)Korean Patent Application No. 10-2013-0145470 (filed on November 27, 2013) 국내출원번호 제10-2014-0040717호 (출원일자 2014.04.04)Korean Patent Application No. 10-2014-0040717 (filing date April 4, 2014)

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기준 SOC 설정 시 배터리 노화에 의한 용량감소 및 컨버터 효율을 고려한 최적화된 기준 SOC 선정 방법을 제시하여 초기 상태에서 정확한 기준 SOC를 추정할 수 있어 효율적인 셀 밸런싱의 진행이 가능한 기준 SOC 설정 및 동작 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in an effort to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of selecting an optimized reference SOC considering the capacity reduction by battery aging and converter efficiency in setting a reference SOC, The present invention provides a reference SOC setting and operation apparatus and method capable of efficiently performing cell balancing.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치의 특징은 배터리의 각 셀의 SOC를 측정하는 SOC 측정부와, 상기 SOC 측정부에서 측정된 각 셀의 SOC를 기초로 각 셀에 각각 연결된 컨버터의 전력 전달 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 에너지(

Figure pat00006
)를 산출하고, 산출된 배터리 전체의 에너지를 이용하여 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 2 기준 SOC(
Figure pat00007
)를 산출하고, 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류(
Figure pat00008
)를 기초로 발생되는 전류를 누적하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 연산부와, 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00009
)를 기초로 상기 배터리의 각 셀의 밸런싱을 수행하는 제어부와, 방전 셀 개수와 충전 셀 개수를 기반으로 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류를 설정하고, 충전 컨버터를 통한 공통의 에너지 버스에서 전압 유지를 통하여 모든 컨버터가 허용 전류 안에서 정상적인 동작이 이루어지도록 컨버터와 양방향으로 에너지를 전달하는 공통버스 처리부를 포함하여 구성되는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an active cell balancing system comprising: a SOC measuring unit for measuring an SOC of each cell of a battery; Based on the SOC of each cell, the power transfer efficiency of the converter connected to each cell is applied to determine the energy of the entire battery to be cell balanced
Figure pat00006
, And calculates the second reference SOC (SOC) having the same SOC for all the cells using the calculated total battery energy
Figure pat00007
), And calculates a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter is not exceeded
Figure pat00008
(SOC) of each cell of the battery by accumulating currents generated based on the first reference SOC
Figure pat00009
A control unit for balancing each cell of the battery based on the number of the discharge cells and the number of the discharge cells and a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter is not exceeded based on the number of discharge cells and the number of charge cells, And a common bus processing unit for transmitting energy in both directions to and from the converter so that all the converters can operate normally within the allowable current through voltage holding on the energy bus of the converter.

바람직하게 상기 공통 버스 처리부는 컨버터를 통한 전력의 이동 시 공통 버스 전압의 제어가 필요하며, 이는 셀을 충방전 하기 위한 컨버터에서 함께 구성되고, 입력 전력과 출력 전력이 같은 것을 특징으로 한다.Preferably, the common bus processing unit is required to control the common bus voltage when the power is transferred through the converter, which is configured together in a converter for charging and discharging the cells, and has the same input power and output power.

바람직하게 상기 연산부는 수식

Figure pat00010
를 이용하여 제 2 기준 SOC(
Figure pat00011
)를 산출하며, 이때, 상기
Figure pat00012
은 n번째 셀의 SOC 값을, 상기
Figure pat00013
은 n번째 셀의 최대 용량을, 상기
Figure pat00014
는 컨버터의 효율을 의미하는 것을 특징으로 한다.Preferably,
Figure pat00010
The second reference SOC (
Figure pat00011
), ≪ / RTI >
Figure pat00012
The SOC value of the n-th cell,
Figure pat00013
The maximum capacity of the n-th cell,
Figure pat00014
Is the efficiency of the converter.

바람직하게 상기 연산부는 방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자가 다른 경우, 방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 많으면 수식

Figure pat00015
을 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00016
)를 산출하고, 방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 작거나 같으면 수식
Figure pat00017
를 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00018
)를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the number of cells to be discharged and the number of cells to be charged are different from each other, if the number of discharge cells is greater than the number of charge cells,
Figure pat00015
The reference discharge current (
Figure pat00016
If the number of discharge cells is less than or equal to the number of charge cells,
Figure pat00017
The reference discharge current (
Figure pat00018
). ≪ / RTI >

바람직하게 상기 제어부는 배터리의 각 셀의 SOC 값을 제 2 기준 SOC(

Figure pat00019
)와 비교하여, 상기 배터리의 각 셀(Cell 1, ..., Cell N) 중에서 SOC 값이 상기 기준 SOC보다 크면 과충전으로 판단하여 방전하고, 상기 기준 SOC보다 작으면 저충전으로 판단하여 충전하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the control unit sets the SOC value of each cell of the battery to a second reference SOC (
Figure pat00019
. If the SOC value of each cell (Cell 1, ..., Cell N) of the battery is greater than the reference SOC, it is determined that the battery is overcharged and discharged. If it is smaller than the reference SOC, .

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법의 특징은 (A) SOC 측정부에서 측정된 각 셀의 SOC를 기초로 연산부를 통해 각 셀에 각각 연결된 컨버터의 전력 전달 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 에너지(

Figure pat00020
)를 산출하는 단계와, (B) 연산부를 통해 상기 산출된 배터리 전체의 에너지를 이용하여 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 2 기준 SOC(
Figure pat00021
)를 산출하는 단계와, (C) 연산부를 통해 상기 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류(
Figure pat00022
)를 기초로 발생되는 전류를 누적하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 단계와, (D) 제어부를 통해 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00023
)를 기초로 상기 배터리의 각 셀의 밸런싱을 수행하는 단계로 이루어지며, 이때, 공통버스 처리부를 통해 방전 셀 개수와 충전 셀 개수를 기반으로 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류를 설정하고, 충전 컨버터를 통한 공통의 에너지 버스에서 전압 유지를 통하여 모든 컨버터가 허용 전류 안에서 정상적인 동작이 이루어지도록 컨버터와 양방향으로 에너지를 전달하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of setting a reference SOC of an active cell balancing system using a common bus, the method comprising the steps of: (A) The power transfer efficiency of the converter connected to each of the batteries
Figure pat00020
(B) calculating a second reference SOC (SOC) having the same SOC for all the cells using the calculated total energy of the battery
Figure pat00021
(C) a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter is not exceeded through the operation unit
Figure pat00022
Estimating an SOC value of each cell of the battery by accumulating currents generated based on the first reference SOC (SOC)
Figure pat00023
And performing a balancing operation of each cell of the battery based on the number of the discharge cells and the number of the discharge cells based on the number of the discharge cells and the number of the discharge cells through the common bus processing unit, And transmits energy in both directions to and from the converter so that all the converters can operate normally within the allowable current through voltage maintenance on a common energy bus through the charge converter.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법의 다른 특징은 (a) 전류 측정부를 통해 배터리의 각 셀의 SOC를 측정하는 단계와, (b) 연산부를 통해 상기 측정된 각 셀의 SOC를 기초로 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 제 1 에너지를 산출하고, 이렇게 산출된 배터리 전체의 제 1 에너지(

Figure pat00024
)를 바탕으로 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 1 기준 SOC(
Figure pat00025
)를 산출하는 단계와, (c) 방전하는 셀이 내보내는 전력과 충전하는 셀에 저장되는 전력이 동일한 조건을 기반으로 제 2 기준 SOC(
Figure pat00026
)를 산출하는 단계와, (d) 상기 산출된 제 2 기준 SOC(
Figure pat00027
)를 배터리의 각 셀의 SOC 값(
Figure pat00028
)와 비교하는 단계와, (e) 상기 비교 결과, 배터리의 각 셀 중에서 SOC 값이 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00029
)보다 크면 과충전으로 판단하여 셀 방전하고, 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00030
)보다 작으면 저충전으로 판단하여 셀 충전하는 단계와, (f) 상기 방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자를 기반으로 각 셀에 각각 연결된 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류(
Figure pat00031
)를 산출하는 단계와, (g) 상기 산출된 기준 방전 전류(
Figure pat00032
)의 설정 및 충전 컨버터를 통한 공통 버스 전압 유지를 통하여, 공통버스로 유입되는 전력과 나가는 전력이 동일하게 제어하여 공통 버스 커패시터의 과충방전을 방지하는 단계와, (h) 상기 산출된 기준 방전 전류(
Figure pat00033
)를 기초로 발생되는 누적 전류량 및 배터리의 노화도가 반영된 각 셀의 최대 용량(
Figure pat00034
)을 기초로 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 단계와, (i) 상기 산출된 제 2 기준 SOC(
Figure pat00035
)을 기초로 상기 추정된 각 셀의 SOC 값을 셀 밸런싱하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of setting a reference SOC of an active cell balancing system using a common bus, the method comprising: (a) measuring an SOC of each cell of the battery through a current measuring unit; b) calculating a first energy of the entire battery to be cell balancing based on the measured SOC of each cell through an operation unit, and calculating a first energy of the entire battery
Figure pat00024
Based on the first reference SOC (SOC) having the same SOC
Figure pat00025
(C) calculating a first reference SOC (SOC) based on a condition that the power discharged from the discharging cell and the power stored in the charging cell are the same; and
Figure pat00026
(D) comparing the calculated second reference SOC
Figure pat00027
) To the SOC value of each cell of the battery (
Figure pat00028
And (e) comparing the SOC value of each cell of the battery with the second reference SOC
Figure pat00029
), It is determined that the battery is overcharged and the cell is discharged, and the second reference SOC
Figure pat00030
(F) determining, based on the number of cells to be discharged and the number of cells to be charged, a reference discharge current having a range in which a maximum current of the converter connected to each cell is not exceeded (
Figure pat00031
(G) calculating the calculated reference discharge current
Figure pat00032
) And maintaining the common bus voltage through the charge converter to prevent the overcharge discharge of the common bus capacitor by controlling the power flowing into the common bus and the outgoing power equally, thereby preventing the overcharge discharge of the common bus capacitor (h) (
Figure pat00033
) And the maximum capacity of each cell in which the aging degree of the battery is reflected (
Figure pat00034
Estimating an SOC value of each cell of the battery on the basis of the calculated second reference SOC (SOC)
Figure pat00035
And performing cell balancing on the estimated SOC values of the respective cells based on the SOC values of the cells.

바람직하게 상기 제 2 기준 SOC(

Figure pat00036
)를 산출하는 단계는 상기 제 1 기준 SOC(
Figure pat00037
)를 이용하여 모든 셀에서 이동되는 전력(
Figure pat00038
)을 산출하는 단계와, 상기 산출된 전력(
Figure pat00039
)을 통해 컨버터 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 제 2 에너지(
Figure pat00040
)를 산출하는 단계와, 상기 산출된 배터리 전체의 제 2 에너지(
Figure pat00041
)를 이용하여 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 컨버터 전력 변환 효율이 적용된 제 2 기준 SOC(
Figure pat00042
)를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the second reference SOC (
Figure pat00036
) Comprises calculating the first reference SOC (
Figure pat00037
) Is used to calculate the power (
Figure pat00038
), Calculating the calculated power (
Figure pat00039
) To apply the converter efficiency to the second energy of the entire battery to be cell balanced
Figure pat00040
Calculating a second energy of the entire battery (
Figure pat00041
), A second reference SOC (SOC) to which converter power conversion efficiency of all cells having the same SOC is applied
Figure pat00042
And a step of calculating an average value of the number of pixels of the image data.

바람직하게 상기 기준 방전 전류(

Figure pat00043
)는 방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 많으면 수식
Figure pat00044
를 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00045
)를 산출하고, 방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 작거나 같으면 수식
Figure pat00046
을 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00047
)를 산출하며, 이때, 상기
Figure pat00048
는 컨버터의 최대 전류를 의미하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the reference discharge current (
Figure pat00043
If the number of discharge cells is greater than the number of charge cells,
Figure pat00044
The reference discharge current (
Figure pat00045
If the number of discharge cells is less than or equal to the number of charge cells,
Figure pat00046
The reference discharge current (
Figure pat00047
), ≪ / RTI >
Figure pat00048
Is the maximum current of the converter.

바람직하게 상기 (g) 단계는 제어부를 통하여 상기 산출된 기준 방전 전류(

Figure pat00049
)가 방전이 필요한 셀의 컨버터의 기준 방전 전류(
Figure pat00050
)로 설정되어 방전 컨버터가 각각 제어되는 단계와, 충전 셀이 공통 버스의 전압(Vbus)을 유지하도록 모든 방전 컨버터가 한 번에 제어되는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.Preferably, the step (g) includes the steps of:
Figure pat00049
) Is the reference discharge current of the converter of the cell requiring discharge
Figure pat00050
) To control each of the discharge converters, and controlling all of the discharge converters at a time so that the charge cells maintain the voltage (Vbus) of the common bus.

바람직하게 상기 셀 밸런싱하는 단계는 셀 밸런싱이 수행되는 각 셀의 SOC 값이 상기 제 2 기준 SOC(

Figure pat00051
)과 동일하면 각 셀의 셀 밸런싱이 완료된 것으로 확인하는 단계와, 상기 각 셀의 밸런싱이 완료될 때마다 해당 셀의 컨버터를 오프(off)하는 단계와, 방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자를 기반으로 기준 방전 전류(
Figure pat00052
)를 다시 산출하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 단계와, 모든 셀의 SOC 값이 제 2 기준 SOC(
Figure pat00053
)와 동일해질 때까지 셀 밸런싱을 반복 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the cell balancing step includes a step of balancing the SOC of each cell in which the cell balancing is performed,
Figure pat00051
, The method comprising the steps of: confirming that cell balancing of each cell is completed; turning off the converter of the corresponding cell each time the balancing of each cell is completed; Based on the reference discharge current (
Figure pat00052
Estimating the SOC value of each cell of the battery by calculating again the SOC value of each cell;
Figure pat00053
And repeating the cell balancing until the cell balancing becomes equal to the cell balancing.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치 및 방법은 기준 SOC 설정 시 배터리 노화에 의한 용량감소 및 컨버터 효율을 고려한 최적화된 기준 SOC 선정 방법을 제시하여 초기 상태에서 정확한 기준 SOC를 추정할 수 있기 때문에 쓸데없는 동작이 없는 효율적인 셀 밸런싱의 진행이 가능하다.As described above, the reference SOC setting and operation apparatus and method for active cell balancing using the common bus according to the present invention provides an optimized reference SOC selection method considering the capacity reduction by the battery aging and the converter efficiency in setting the reference SOC Since the accurate reference SOC can be estimated in the initial state, efficient cell balancing can be performed without useless operation.

이처럼 셀 밸런싱 시 발생하는 손실을 최소화함으로서 액티브 밸런싱의 에너지 효율을 높이는데 기여할 수 있다.This minimizes the loss of cell balancing and can contribute to the energy efficiency of active balancing.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치의 구성을 나타낸 블록도
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3 은 도 1에서 공통버스 처리부의 구성을 나타낸 구성도BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a reference SOC setting and an operation device of active cell balancing using a common bus according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a flowchart for explaining a reference SOC setting and an operation method of active cell balancing using a common bus according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing the configuration of the common bus processing unit in FIG.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 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.Preferred embodiments of a reference SOC setting and operation apparatus and method for active cell balancing using a common bus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a reference SOC setting and operation device of active cell balancing using a common bus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 배터리(400)의 각 셀(Cell1, ..., Cell N)의 SOC를 측정하는 SOC 측정부(100)와, 상기 SOC 측정부(100)에서 측정된 각 셀(Cell 1, ..., Cell N)의 SOC를 기초로 각 셀에 각각 연결된 컨버터(500)의 전력 전달 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 에너지(

Figure pat00054
)를 산출하고, 산출된 배터리 전체의 에너지를 이용하여 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 2 기준 SOC(
Figure pat00055
)를 산출하고, 컨버터(500)의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류(
Figure pat00056
)를 기초로 발생되는 전류를 누적하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 연산부(200)와, 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00057
)를 기초로 상기 배터리(400)의 각 셀(Cell 1, ..., Cell N)의 밸런싱을 수행하는 제어부(300)와, 방전 셀 개수와 충전 셀 개수를 서로 비교하여 컨버터(500)의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류를 설정하고, 충전 컨버터를 통한 공통의 에너지 버스에서 전압 유지를 통하여 모든 컨버터가 허용 전류 안에서 정상적인 동작이 이루어지도록 컨버터(500)와 양방향으로 에너지를 전달하는 공통버스 처리부(600)를 포함한다. 1, an SOC measuring unit 100 for measuring the SOC of each cell (Cell 1, ..., Cell N) of the battery 400, and an SOC measuring unit 100 for measuring the SOC measured by the SOC measuring unit 100, The power transfer efficiency of the converter 500 connected to each cell is applied based on the SOC of the cells (Cell 1, ..., Cell N)
Figure pat00054
, And calculates the second reference SOC (SOC) having the same SOC for all the cells using the calculated total battery energy
Figure pat00055
), And calculates a reference discharge current (hereinafter, referred to as " reference discharge current ") having a range in which the maximum current of the converter 500 is not exceeded
Figure pat00056
(SOC) value of each cell of the battery by accumulating currents generated based on the first reference SOC
Figure pat00057
.., Cell N) of the battery 400 on the basis of the number of discharge cells and the number of charge cells of the battery 400. The controller 300 compares the number of the discharge cells with the number of the charge cells, The reference discharge current having a range in which the maximum current is not exceeded and the energy is transmitted in both directions to the converter 500 so that all the converters can operate normally within the allowable current through voltage maintenance on the common energy bus through the charge converter And a common bus processing unit 600. [

이때, 각 셀(Cell 1,..., Cell N)에 각각 연결된 컨버터(500)는 양방향으로 에너지를 전달할 수 있다. 구체적으로 각 컨버터(500)는 공통버스 처리부(600)를 통해 셀의 에너지를 공통의 에너지 버스(Common Bus)로 전달하거나, 역으로 공통의 에너지 버스(Common Bus)에서 셀로 에너지를 전달할 수 있다.At this time, the converter 500 connected to each cell (Cell 1, ..., Cell N) can transmit energy in both directions. Specifically, each converter 500 can transfer energy of a cell to a common energy bus through a common bus processing unit 600, or conversely transfer energy to a cell through a common energy bus.

상기 공통 버스 처리부(600)는 에너지를 저장하는 공간이 아니며, 전력에 따라 전압이 크게 변한다. 따라서 컨버터(500)를 통한 전력의 이동 시 공통 버스 전압의 제어가 필요하며, 이는 셀을 충방전 하기 위한 컨버터(500)에서 함께 구성된다. 또한 입력 전력과 출력 전력이 같도록 동작하여 공통 버스의 손상을 막을 수 있으며, 에너지의 낭비도 줄일 수 있다.The common bus processing unit 600 is not a space for storing energy, and the voltage greatly changes according to the power. Therefore, control of the common bus voltage is required when the power is transferred through the converter 500, which is configured together in the converter 500 for charging / discharging the cells. In addition, the input power and the output power are equal to each other, thereby preventing damage to the common bus and reducing energy consumption.

이에 따라, 상기 공통버스 처리부(600)는 셀 밸런싱 동작 시 방전 컨버터가 먼저 전류제어를 통하여 셀의 전력을 공통버스로 이동시키며, 이에 따라 공통 버스의 전압이 충분히 상승하도록 한다. 이후 충전 컨버터가 공통 버스의 전압 제어를 통하여 공통 버스 커패시터를 일정한 전압으로 유지시킬 수 있도록 하여 공통버스로 유입되는 전력과 나가는 전력이 동일하게 제어되면서 공통 버스 커패시터의 과충방전을 방지할 수 있다.Accordingly, in the cell balancing operation, the common bus processor 600 moves the power of the cell to the common bus through the current control first, thereby allowing the voltage of the common bus to rise sufficiently. Then, the charge converter can maintain the common bus capacitor at a constant voltage through the voltage control of the common bus, so that the electric power flowing into the common bus and the electric power going out are controlled in the same manner, and overcharge discharge of the common bus capacitor can be prevented.

그리고 상기 연산부(200)는 수학식 7을 이용하여 제 2 기준 SOC(

Figure pat00058
)를 산출하고, 수학식 8, 9를 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00059
)를 산출한다. 이때, 상기 수학식 7 내지 수학식 9 는 아래에서 상세히 설명한다.The calculating unit 200 calculates a second reference SOC (SOC) using Equation (7)
Figure pat00058
), And calculates the reference discharge current (< RTI ID = 0.0 >
Figure pat00059
). Here, the above Equations (7) to (9) will be described in detail below.

상기 제어부(300)는 배터리(400)의 각 셀(Cell 1, ..., Cell N)의 SOC 값을 제 2 기준 SOC(

Figure pat00060
)와 비교하여, 상기 배터리(400)의 각 셀(Cell 1, ..., Cell N) 중에서 SOC 값이 상기 기준 SOC보다 크면 과충전으로 판단하여 방전하고, 상기 기준 SOC보다 작으면 저충전으로 판단하여 충전할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 배터리(400)의 모든 셀의 SOC 값이 기준 SOC와 동일해질 때까지 셀 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
The controller 300 sets the SOC value of each cell (Cell 1, ..., Cell N) of the battery 400 to a second reference SOC
Figure pat00060
..., Cell N) of the battery 400 is determined to be overcharged and discharged when the SOC value is greater than the reference SOC. If the SOC value is less than the reference SOC, So that it can be charged. Also, the controller 300 may control the cell balancing to be performed until the SOC value of all the cells of the battery 400 becomes equal to the reference SOC.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다. The operation of the reference SOC setting and the operation of the active cell balancing using the common bus according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals as those in Fig. 1 designate the same members performing the same function.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a reference SOC setting and an operation method of active cell balancing using a common bus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 전류 측정부(100)를 통해 배터리(400)의 각 셀(Cell1, ..., Cell N)의 SOC를 측정한다(S10).Referring to FIG. 2, the SOC of each cell (Cell 1,..., Cell N) of the battery 400 is measured through the current measuring unit 100 (S 10).

이어 연산부(200)를 통해 상기 측정된 각 셀의 SOC를 기초로 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 제 1 에너지를 다음 수학식 2와 같이 산출하고, 이렇게 산출된 배터리 전체의 제 1 에너지(

Figure pat00061
)를 바탕으로 다음 수학식 3과 같이 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 1 기준 SOC(
Figure pat00062
)를 산출한다(S20).The first energy of the entire battery to be subjected to cell balancing based on the SOC of each of the measured cells is calculated by the calculation unit 200 as shown in Equation (2), and the first energy
Figure pat00061
) Based on the first reference SOC (SOC) having the same SOC as in Equation (3)
Figure pat00062
(S20).

Figure pat00063
Figure pat00063

Figure pat00064
Figure pat00064

이때, 상기

Figure pat00065
은 n번째 셀의 SOC 값을, 상기
Figure pat00066
은 n번째 셀의 최대 용량을 의미한다.At this time,
Figure pat00065
The SOC value of the n-th cell,
Figure pat00066
Denotes the maximum capacity of the n-th cell.

한편, 상기 수학식 3에서 산출된 제 1 기준 SOC(

Figure pat00067
)는 각 셀의 노화도에 의한 최대 용량이 반영되어 기존의 방법보다 정확하다고 할 수 있지만, 컨버터(500) 전력 변환 손실 때문에 실제 동작 시에 상기 제 1 기준 SOC(
Figure pat00068
)에 모든 셀이 도달할 수 없다. On the other hand, the first reference SOC (
Figure pat00067
Can be said to be more accurate than the conventional method by reflecting the maximum capacity due to the aging degree of each cell. However, due to the power conversion loss of the converter 500, the first reference SOC
Figure pat00068
) Can not reach all cells.

따라서 다음 수학식 4와 같이 컨버터(500)의 손실을 반영한 제 2 기준 SOC를 산출할 수 있다.Therefore, the second reference SOC reflecting the loss of the converter 500 can be calculated by Equation (4).

Figure pat00069
Figure pat00069

이때, 상기

Figure pat00070
는 컨버터의 효율을 의미한다. 전력의 흐름이 "셀1->컨버터->공통버스->컨버터->셀2"로 컨버터를 두 번 통과하게 되므로, 최종적으로 셀2에 전달되는 전력은
Figure pat00071
의 곱으로 표현된다.At this time,
Figure pat00070
Means the efficiency of the converter. As the flow of power passes through the converter twice from "cell 1 -> converter -> common bus -> converter -> cell 2", the power finally delivered to cell 2
Figure pat00071
. ≪ / RTI >

즉, 상기 수학식 4에서 나타내고 있는 것과 같이, 컨버터(500)를 통하여 방전하는 셀이 내보내는 전력과 충전하는 셀에 저장되는 전력이 같아야 하기 때문에 이를 이용하여 제 2 기준 SOC를 구할 수 있다. That is, as shown in Equation (4), since the power discharged from the cell discharging through the converter 500 must be equal to the power stored in the charging cell, the second reference SOC can be obtained using the same.

그러나 배터리에서 충전할 셀과 방전할 셀을 먼저 구분하여야 하기 때문에 기준 SOC를 모르는 상태에서 이를 구분할 수 없다.However, since the cell to be charged and the cell to be discharged in the battery must be distinguished from each other first, it is impossible to distinguish the reference SOC without knowing the reference SOC.

따라서 본 발명은 상기 수학식 3에서 구한 제 1 기준 SOC(

Figure pat00072
)을 이용하여 최적화된 제 2 기준 SOC를 구하도록 한다.Therefore, in the present invention, the first reference SOC (
Figure pat00072
) To obtain an optimized second reference SOC.

먼저 상기 수학식 3의 제 1 기준 SOC(

Figure pat00073
)를 이용하여 모든 셀에서 이동되는 전력(
Figure pat00074
)을 구하면 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있으며, 이를 통해 컨버터 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 제 2 에너지(
Figure pat00075
)는 다음 수학식 6과 같이 산출된다(S30).First, the first reference SOC (
Figure pat00073
) Is used to calculate the power (
Figure pat00074
) Can be expressed by the following Equation (5), whereby the converter efficiency is applied to calculate the second energy of the entire battery to be cell balanced
Figure pat00075
Is calculated by the following Equation (6) (S30).

Figure pat00076
Figure pat00076

Figure pat00077
Figure pat00077

이렇게 산출된 배터리 전체의 제 2 에너지(

Figure pat00078
)를 이용하여 다음 수학식 7과 같이 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 컨버터 전력 변환 효율이 적용된 제 2 기준 SOC(
Figure pat00079
)를 산출한다(S40). 이는 상기 수학식 4에서 구할 수 있는 정확한 값은 아니지만, 간단한 수식으로 최적화된 제 2 기준 SOC의 설정이 가능하다.The second energy of the whole battery
Figure pat00078
) To obtain a second reference SOC (SOC) to which converter power conversion efficiency having the same SOC is applied as shown in Equation (7)
Figure pat00079
(S40). This is not an exact value that can be obtained from Equation (4), but it is possible to set a second reference SOC that is optimized by a simple formula.

Figure pat00080
Figure pat00080

이어 상기 산출된 제 2 기준 SOC(

Figure pat00081
)를 배터리의 각 셀의 SOC 값(
Figure pat00082
)와 비교하여(S50), 배터리의 각 셀 중에서 SOC 값이 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00083
)보다 크면 과충전으로 판단하여 셀 방전하고(S60), 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00084
)보다 작으면 저충전으로 판단하여 셀 충전한다(S70).Then, the calculated second reference SOC (
Figure pat00081
) To the SOC value of each cell of the battery (
Figure pat00082
(S50), the SOC value of each cell of the battery is compared with the second reference SOC
Figure pat00083
), It is determined that the battery is overcharged and the cell is discharged (S60), and the second reference SOC
Figure pat00084
), It is determined that the battery is low-charged and the battery is charged (S70).

이때, 방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자가 다른 경우, 컨버터(500)의 최대 전류를 초과할 수 있기 때문에 방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 많으면 다음 수학식 8을 이용하여 기준 방전 전류(

Figure pat00085
)를 산출하고, 방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 작거나 같으면 다음 수학식 9를 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00086
)를 산출한다(S80). If the number of discharge cells is greater than the number of charge cells, the maximum current of the converter 500 may be exceeded. If the number of discharge cells is greater than the number of charge cells, the reference discharge current
Figure pat00085
If the number of discharge cells is less than or equal to the number of charge cells, the reference discharge current (
Figure pat00086
(Step S80).

Figure pat00087
Figure pat00087

Figure pat00088
Figure pat00088

이때, 상기

Figure pat00089
는 컨버터의 최대 전류를 의미한다.At this time,
Figure pat00089
Means the maximum current of the converter.

이렇게 산출된 기준 방전 전류(

Figure pat00090
)는 도 3(a)에서 도시하고 있는 제어부(300)를 통하여 방전이 필요한 셀의 컨버터의 기준 방전 전류(
Figure pat00091
)로 설정되어 방전 컨버터(500)가 각각 제어된다. 그리고 충전 셀은 도 3(b)에서 도시하고 있는 제어부(300)를 통하여 공통 버스의 전압(Vbus)을 유지하도록 모든 방전 컨버터(500)가 한 번에 제어되도록 한다. 이처럼 방전 전류 기준값의 설정 및 충전 컨버터를 통한 공통 버스 전압 유지를 통하여, 모든 컨버터가 허용 전류 안에서 정상적인 동작이 가능하게 된다(S90). 이를 통하여 공통버스로 유입되는 전력과 나가는 전력이 동일하게 제어되면서 공통 버스 커패시터의 과충방전을 방지할 수 있다.The calculated reference discharge current (
Figure pat00090
(A) of FIG. 3A through the control unit 300, the reference discharge current
Figure pat00091
) So that the discharge converter 500 is controlled. The charging cell causes all the discharge converters 500 to be controlled at a time so as to maintain the voltage (Vbus) of the common bus through the control unit 300 shown in FIG. 3 (b). In this manner, all of the converters can operate normally within the allowable current through the setting of the discharge current reference value and the maintenance of the common bus voltage through the charge converter (S90). As a result, the power flowing into and out of the common bus is controlled in the same manner, thereby preventing the overcharge discharge of the common bus capacitor.

이어 상기 산출된 기준 방전 전류(

Figure pat00092
)를 기초로 발생되는 누적 전류량과, 수학식 4를 이용한 컨버터 전력 전달 효율을 적용한 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 에너지(
Figure pat00093
)를 기초로 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정한다(S100).Then, the calculated reference discharge current (
Figure pat00092
) And the energy of the entire battery to be subjected to cell balancing to which the converter power transfer efficiency using Equation (4) is applied
Figure pat00093
The SOC value of each cell of the battery is estimated (S100).

그리고 상기 산출된 제 2 기준 SOC(

Figure pat00094
)을 기초로 상기 추정된 각 셀의 SOC 값을 셀 밸런싱 한다(S110~S130). Then, the calculated second reference SOC (
Figure pat00094
(S110 to S130). The SOC of each cell is estimated based on the SOC of each cell.

이때, 셀 밸런싱이 수행되는 각 셀의 SOC 값이 상기 제 2 기준 SOC(

Figure pat00095
)과 동일하면 각 셀의 셀 밸런싱이 완료된 것으로 확인하고(S110), 각 셀의 밸런싱이 완료될 때마다 해당 셀의 컨버터를 오프(off)하고(S120), 다시 방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자를 기반으로 기준 방전 전류(
Figure pat00096
)를 산출하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정함으로써 모든 셀의 SOC 값이 제 2 기준 SOC(
Figure pat00097
)와 동일해질 때까지 셀 밸런싱을 반복 수행한다(S130).At this time, if the SOC value of each cell in which cell balancing is performed is smaller than the second reference SOC
Figure pat00095
(S110). When the balancing of each cell is completed, the converter of the corresponding cell is turned off (S120), and the cell for discharging again and the cell for charging Based on the number, the reference discharge current (
Figure pat00096
) To estimate the SOC value of each cell of the battery so that the SOC value of all the cells is the second reference SOC (
Figure pat00097
The cell balancing is repeatedly performed until it becomes equal to the cell balancing (S130).

따라서 본 발명에서는 현재 셀 최대용량과 SOC 및 방전하는 셀이 내보내는 전력과 충전하는 셀에 저장되는 전력이 동일하도록 하는 컨버터 전력 전달 효율을 이용하여 다음과 같은 최적화된 기준 SOC를 산정하는 식, 셀 밸런싱 동작 알고리즘 및 컨버터 제어 방식을 제안한다. 제안된 식을 이용하여 셀 밸런싱의 효율을 증가시킬 수 있다.
Therefore, in the present invention, the following optimum SOC is calculated by using the converter power transfer efficiency such that the maximum cell capacity of the current cell, the SOC, and the power of the discharging cell and the power stored in the charging cell are equal to each other, Operation algorithm and converter control method. The efficiency of cell balancing can be increased by using the proposed equation.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 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 may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (11)

배터리의 각 셀의 SOC를 측정하는 SOC 측정부와,
상기 SOC 측정부에서 측정된 각 셀의 SOC를 기초로 각 셀에 각각 연결된 컨버터의 전력 전달 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 에너지(
Figure pat00098
)를 산출하고, 산출된 배터리 전체의 에너지를 이용하여 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 2 기준 SOC(
Figure pat00099
)를 산출하고, 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류(
Figure pat00100
)를 기초로 발생되는 전류를 누적하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 연산부와,
상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00101
)를 기초로 상기 배터리의 각 셀의 밸런싱을 수행하는 제어부와,
방전 셀 개수와 충전 셀 개수를 기반으로 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류를 설정하고, 충전 컨버터를 통한 공통의 에너지 버스에서 전압 유지를 통하여 모든 컨버터가 허용 전류 안에서 정상적인 동작이 이루어지도록 컨버터와 양방향으로 에너지를 전달하는 공통버스 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치.An SOC measuring unit for measuring an SOC of each cell of the battery,
The power transfer efficiency of the converter connected to each cell is applied based on the SOC of each cell measured by the SOC measuring unit to calculate the energy of the entire battery to be subjected to cell balancing
Figure pat00098
, And calculates the second reference SOC (SOC) having the same SOC for all the cells using the calculated total battery energy
Figure pat00099
), And calculates a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter is not exceeded
Figure pat00100
) For estimating an SOC value of each cell of the battery,
The second reference SOC (
Figure pat00101
A controller for performing balancing of each cell of the battery on the basis of the battery voltage,
Based on the number of discharge cells and the number of cells to be charged, a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter is not exceeded is set, and all the converters are operated normally within the allowable current through voltage maintenance at the common energy bus through the charge converter And a common bus processing unit for transmitting energy in both directions to and from the converter. 제 1 항에 있어서,
상기 공통 버스 처리부는 컨버터를 통한 전력의 이동 시 공통 버스 전압의 제어가 필요하며, 이는 셀을 충방전 하기 위한 컨버터에서 함께 구성되고, 입력 전력과 출력 전력이 같은 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치.The method according to claim 1,
The common bus processing unit is required to control the common bus voltage when the power is transferred through the converter. The common bus processing unit is composed of a converter for charging / discharging cells, and has an input power and an output power that are the same. Cell SOC setting and operation device for balancing. 제 1 항에 있어서, 상기 연산부는
수식
Figure pat00102
를 이용하여 제 2 기준 SOC(
Figure pat00103
)를 산출하며,
이때, 상기
Figure pat00104
은 n번째 셀의 SOC 값을, 상기
Figure pat00105
은 n번째 셀의 최대 용량을, 상기
Figure pat00106
는 컨버터의 효율을 의미하는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치.2. The apparatus of claim 1,
Equation
Figure pat00102
The second reference SOC (
Figure pat00103
),
At this time,
Figure pat00104
The SOC value of the n-th cell,
Figure pat00105
The maximum capacity of the n-th cell,
Figure pat00106
Wherein the reference SOC means an efficiency of the converter. 제 1 항에 있어서, 상기 연산부는
방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자가 다른 경우, 방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 많으면 수식
Figure pat00107
을 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00108
)를 산출하고,
방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 작거나 같으면 수식
Figure pat00109
를 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00110
)를 산출하는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치.2. The apparatus of claim 1,
If the number of discharged cells is different from the number of charged cells, if the number of discharged cells is greater than the number of charged cells,
Figure pat00107
The reference discharge current (
Figure pat00108
),
If the number of discharge cells is less than or equal to the number of charge cells,
Figure pat00109
The reference discharge current (
Figure pat00110
) Of the active SOC of the active cell balancing using the common bus. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
배터리의 각 셀의 SOC 값을 제 2 기준 SOC(
Figure pat00111
)와 비교하여, 상기 배터리의 각 셀(Cell 1, ..., Cell N) 중에서 SOC 값이 상기 기준 SOC보다 크면 과충전으로 판단하여 방전하고, 상기 기준 SOC보다 작으면 저충전으로 판단하여 충전하는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 장치.The apparatus of claim 1, wherein the control unit
The SOC value of each cell of the battery is set to a second reference SOC (
Figure pat00111
. If the SOC value of each cell (Cell 1, ..., Cell N) of the battery is greater than the reference SOC, it is determined that the battery is overcharged and discharged. If it is smaller than the reference SOC, And a reference SOC setting and operation device for active cell balancing using a common bus. (A) SOC 측정부에서 측정된 각 셀의 SOC를 기초로 연산부를 통해 각 셀에 각각 연결된 컨버터의 전력 전달 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 에너지(
Figure pat00112
)를 산출하는 단계와,
(B) 연산부를 통해 상기 산출된 배터리 전체의 에너지를 이용하여 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 2 기준 SOC(
Figure pat00113
)를 산출하는 단계와,
(C) 연산부를 통해 상기 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류(
Figure pat00114
)를 기초로 발생되는 전류를 누적하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 단계와,
(D) 제어부를 통해 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00115
)를 기초로 상기 배터리의 각 셀의 밸런싱을 수행하는 단계로 이루어지며,
이때, 공통버스 처리부를 통해 방전 셀 개수와 충전 셀 개수를 기반으로 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류를 설정하고, 충전 컨버터를 통한 공통의 에너지 버스에서 전압 유지를 통하여 모든 컨버터가 허용 전류 안에서 정상적인 동작이 이루어지도록 컨버터와 양방향으로 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법.(A) Applying the power transfer efficiency of the converter connected to each cell through the operation unit based on the SOC of each cell measured by the SOC measuring unit, the energy of the entire battery to be cell balanced
Figure pat00112
),
(B) calculating unit for calculating a second reference SOC (SOC) having the same SOC by using the calculated total energy of the battery
Figure pat00113
),
(C) a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter is not exceeded through the operation unit
Figure pat00114
Estimating an SOC value of each cell of the battery by accumulating currents generated based on the SOC of the battery,
(D) a second reference SOC (
Figure pat00115
Performing balancing of each cell of the battery on the basis of the battery voltage,
At this time, a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter is not exceeded is set based on the number of discharge cells and the number of charge cells through the common bus processing unit, and all the converters Wherein the energy is transferred in both directions to and from the converter such that normal operation is performed within the allowable current. (a) 전류 측정부를 통해 배터리의 각 셀의 SOC를 측정하는 단계와,
(b) 연산부를 통해 상기 측정된 각 셀의 SOC를 기초로 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 제 1 에너지를 산출하고, 이렇게 산출된 배터리 전체의 제 1 에너지(
Figure pat00116
)를 바탕으로 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 제 1 기준 SOC(
Figure pat00117
)를 산출하는 단계와,
(c) 방전하는 셀이 내보내는 전력과 충전하는 셀에 저장되는 전력이 동일한 조건을 기반으로 제 2 기준 SOC(
Figure pat00118
)를 산출하는 단계와,
(d) 상기 산출된 제 2 기준 SOC(
Figure pat00119
)를 배터리의 각 셀의 SOC 값(
Figure pat00120
)와 비교하는 단계와,
(e) 상기 비교 결과, 배터리의 각 셀 중에서 SOC 값이 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00121
)보다 크면 과충전으로 판단하여 셀 방전하고, 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00122
)보다 작으면 저충전으로 판단하여 셀 충전하는 단계와,
(f) 상기 방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자를 기반으로 각 셀에 각각 연결된 컨버터의 최대 전류가 초과되지 않는 범위를 갖는 기준 방전 전류(
Figure pat00123
)를 산출하는 단계와,
(g) 상기 산출된 기준 방전 전류(
Figure pat00124
)의 설정 및 충전 컨버터를 통한 공통 버스 전압 유지를 통하여, 공통버스로 유입되는 전력과 나가는 전력이 동일하게 제어하여 공통 버스 커패시터의 과충방전을 방지하는 단계와,
(h) 상기 산출된 기준 방전 전류(
Figure pat00125
)를 기초로 발생되는 누적 전류량 및 배터리의 노화도가 반영된 각 셀의 최대 용량(
Figure pat00126
)을 기초로 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 단계와,
(i) 상기 산출된 제 2 기준 SOC(
Figure pat00127
)을 기초로 상기 추정된 각 셀의 SOC 값을 셀 밸런싱하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법.(a) measuring an SOC of each cell of the battery through a current measuring unit;
(b) calculating a first energy of the entire battery to be cell-balanced based on the measured SOC of each cell through an operation unit, and calculating a first energy of the entire battery
Figure pat00116
Based on the first reference SOC (SOC) having the same SOC
Figure pat00117
),
(c) a second reference SOC (" SOC ") based on the condition that the discharge power of the discharging cell is equal to the power stored in the charging cell
Figure pat00118
),
(d) comparing the calculated second reference SOC (
Figure pat00119
) To the SOC value of each cell of the battery (
Figure pat00120
),
(e) comparing the SOC value of each cell of the battery with the second reference SOC (
Figure pat00121
), It is determined that the battery is overcharged and the cell is discharged, and the second reference SOC
Figure pat00122
), It is determined that the battery is low-charged,
(f) a reference discharge current having a range in which the maximum current of the converter connected to each cell is not exceeded, based on the number of the discharging and charging cells
Figure pat00123
),
(g) calculating the reference discharge current (
Figure pat00124
) And maintaining the common bus voltage through the charge converter to prevent the overcharge discharge of the common bus capacitor by controlling the power flowing in and out of the common bus in the same manner,
(h) calculating the reference discharge current (
Figure pat00125
) And the maximum capacity of each cell in which the aging degree of the battery is reflected (
Figure pat00126
Estimating an SOC value of each cell of the battery based on the SOC of the battery,
(i) calculating the second reference SOC (
Figure pat00127
And performing cell balancing of the estimated SOC value of each cell based on the estimated SOC of the active cell balancing cell. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00128
)를 산출하는 단계는
상기 제 1 기준 SOC(
Figure pat00129
)를 이용하여 모든 셀에서 이동되는 전력(
Figure pat00130
)을 산출하는 단계와,
상기 산출된 전력(
Figure pat00131
)을 통해 컨버터 효율을 적용하여 셀 밸런싱 할 배터리 전체의 제 2 에너지(
Figure pat00132
)를 산출하는 단계와,
상기 산출된 배터리 전체의 제 2 에너지(
Figure pat00133
)를 이용하여 전체 셀이 같은 SOC를 갖는 컨버터 전력 변환 효율이 적용된 제 2 기준 SOC(
Figure pat00134
)를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법.8. The method of claim 6 or 7, wherein the second reference SOC (
Figure pat00128
),
The first reference SOC (
Figure pat00129
) Is used to calculate the power (
Figure pat00130
),
The calculated power (
Figure pat00131
) To apply the converter efficiency to the second energy of the entire battery to be cell balanced
Figure pat00132
),
The calculated second energy of the entire battery (
Figure pat00133
), A second reference SOC (SOC) to which converter power conversion efficiency of all cells having the same SOC is applied
Figure pat00134
And calculating a reference SOC of the active cell balancing using the common bus. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 기준 방전 전류(
Figure pat00135
)는
방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 많으면 수식
Figure pat00136
를 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00137
)를 산출하고,
방전 셀 개수가 충전 셀 개수보다 작거나 같으면 수식
Figure pat00138
을 이용하여 기준 방전 전류(
Figure pat00139
)를 산출하며,
이때, 상기
Figure pat00140
는 컨버터의 최대 전류를 의미하는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법.The method according to claim 6 or 7, wherein the reference discharge current (
Figure pat00135
)
If the number of discharge cells is greater than the number of charge cells,
Figure pat00136
The reference discharge current (
Figure pat00137
),
If the number of discharge cells is less than or equal to the number of charge cells,
Figure pat00138
The reference discharge current (
Figure pat00139
),
At this time,
Figure pat00140
Is a maximum current of the converter. The reference SOC setting and operation method of active cell balancing using a common bus. 제 7 항에 있어서, 상기 (g) 단계는
제어부를 통하여 상기 산출된 기준 방전 전류(
Figure pat00141
)가 방전이 필요한 셀의 컨버터의 기준 방전 전류(
Figure pat00142
)로 설정되어 방전 컨버터가 각각 제어되는 단계와,
충전 셀이 공통 버스의 전압(Vbus)을 유지하도록 모든 방전 컨버터가 한 번에 제어되는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법.8. The method of claim 7, wherein step (g)
The calculated reference discharge current (< RTI ID = 0.0 >
Figure pat00141
) Is the reference discharge current of the converter of the cell requiring discharge
Figure pat00142
), Respectively, the discharge converter being controlled;
Wherein all of the discharge converters are controlled at one time so that the charge cells maintain the voltage (Vbus) of the common bus. ≪ Desc / Clms Page number 20 > 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 셀 밸런싱하는 단계는
셀 밸런싱이 수행되는 각 셀의 SOC 값이 상기 제 2 기준 SOC(
Figure pat00143
)과 동일하면 각 셀의 셀 밸런싱이 완료된 것으로 확인하는 단계와,
상기 각 셀의 밸런싱이 완료될 때마다 해당 셀의 컨버터를 오프(off)하는 단계와,
방전하는 셀과 충전하는 셀의 숫자를 기반으로 기준 방전 전류(
Figure pat00144
)를 다시 산출하여 배터리의 각 셀의 SOC 값을 추정하는 단계와,
모든 셀의 SOC 값이 제 2 기준 SOC(
Figure pat00145
)와 동일해질 때까지 셀 밸런싱을 반복 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공통 버스를 이용한 액티브 셀 밸런싱의 기준 SOC 설정 및 동작 방법.The method of claim 6 or 7, wherein the cell balancing step
If the SOC value of each cell in which cell balancing is performed is less than the second reference SOC (
Figure pat00143
), Confirming that cell balancing of each cell is completed,
Turning off the converter of the corresponding cell every time the balancing of each cell is completed;
Based on the number of cells to be discharged and the number of cells to be charged, the reference discharge current (
Figure pat00144
Estimating an SOC value of each cell of the battery,
If the SOC value of all the cells is the second reference SOC (
Figure pat00145
And repeating the cell balancing until the cell balancing becomes equal to the reference SOC setting and operation method of the active cell balancing using the common bus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210158115A (en) * 2020-06-23 2021-12-30 현대자동차주식회사 Apparatus and method for balancing battery

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