KR20170090140A

KR20170090140A - Method of Cell balancing in Battery management system

Info

Publication number: KR20170090140A
Application number: KR1020160010635A
Authority: KR
Inventors: 서관수; 윤미경
Original assignee: (주)캠시스
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-07

Abstract

The present invention relates to a cell balancing method for a battery management system and, more specifically, relates to the cell balancing method for a battery management system to improve durability and cell life of a battery pack. For cell balancing, at all times excluding charging, cells based on the lowest voltage of all cells are gradually discharged by using resistors to maintain the same cell voltage.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cell balancing method for a battery management system,

본 발명의 실시예들은 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩의 내구성과 셀 수명을 높일 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cell balancing method of a battery management system, and more particularly, to a cell balancing method of a battery management system that can increase durability and cell life of a battery pack.

최근에 전자, 통신 및 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 휴대용 전자기기와 전기 자동차의 보급이 늘어나고 있다. 이러한 휴대용 전자기기와 전기 자동차의 전원으로는 재충전이 가능한 이차전지(secondary battery)가 주로 사용되고 있다.Recently, with the rapid development of electronic, communication and computer industries, the spread of portable electronic devices and electric vehicles is increasing. As a power source for such portable electronic devices and electric vehicles, a secondary battery that can be recharged is mainly used.

특히, 고출력의 전원이 필요한 경우, 직렬 연결된 다수 개의 배터리 셀(battery cell)들을 구비하는 이차전지가 사용된다. 각 배터리 셀은 충방전이 지속되면서 열화될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀의 열화 정도가 다르기 때문에 각 배터리 셀의 충방전 시간 및 충방전량 등이 차이가 나게 된다. 열화가 비교적으로 많이 진행된 배터리 셀은 다른 셀들에 비해 충방전 시간이 짧으므로, 가장 먼저 만충전 또는 만방전 상태가 된다. 또한, 열화가 비교적으로 덜 진행된 배터리 셀들은 만충전 또는 만방전 되기 전에 충전 또는 방전된다. 이러한 충방전이 계속되면, 열화가 많이 진행된 배터리 셀은 열화 정도가 더 심해지며, 이는 이차전지의 발화 또는 폭발의 원인이 될 수 있다.In particular, when a high power source is required, a secondary battery having a plurality of battery cells connected in series is used. Each battery cell can be deteriorated while charging and discharging are continued. At this time, since the degree of deterioration of each battery cell is different, the charge-discharge time and the charge-discharge amount of each battery cell are different. The battery cell having a relatively large deterioration has a shorter charging / discharging time than other cells, and therefore, the battery cell first becomes fully charged or discharged. Also, battery cells with relatively less deterioration are charged or discharged before they are fully charged or discharged. If such charge and discharge continues, the deterioration degree of the battery cell with much deterioration becomes worse, which may cause ignition or explosion of the secondary battery.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 배터리 팩의 내구성과 셀 수명을 높일 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 방법을 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a cell balancing method of a battery management system that can increase durability and cell life of the battery pack.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following examples.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 하기의 상세한 설명 및 도면에 의해 설명되는 배터리 관리 시스템의 샐 밸런싱 방법을 제공한다. In order to accomplish the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method of balancing a battery management system described in the following detailed description and drawings.

본 발명에 따르면, 본 발명의 배터리 관리 시스템은 효율적인 셀 밸런싱의 수행을 통해 배터리 팩의 내구성과 셀 수명을 높일 수 있다.According to the present invention, the battery management system of the present invention can increase durability and cell life of the battery pack through efficient cell balancing.

도 1은 Passive 방식의 회로 구성도이다.
도 2는 Active 방식의 회로 구성도이다.Fig. 1 is a circuit diagram of a passive system.
2 is a circuit configuration diagram of the active system.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms. In the following description, it is assumed that a part is connected to another part, But also includes a case in which other elements are electrically connected to each other in the middle thereof. In the drawings, parts not relating to the present invention are omitted for clarity of description, and like parts are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

전기자동차용 배터리 팩의 경우 수백개의 단위 셀들의 조합으로 구성된다. 단위 셀들의 충방전을 반복하다 보면 내부 저항의 차이로 개별 셀간 전압 차이가 발생한다.In the case of a battery pack for an electric vehicle, it is composed of a combination of several hundred unit cells. Repeated charging and discharging of the unit cells causes a difference in voltage between individual cells due to a difference in internal resistance.

전압 차이가 크게 발생한다면 충전 시 나머지 셀들은 충분히 충전 여력이 있음에도 불구하고 몇몇 높은 전압의 셀로 인해 충전이 정지되는 현상이 발생한다. 방전 또한 몇몇 낮은 셀로 인해 방전이 정지되고 이는 SOC(State of Charge) 윈도우가 축소되는 현상을 초래한다. 이와 같은 충전의 불균형은 배터리 팩 내구성과 셀 수명에 악영향을 미친다.If there is a large voltage difference, the charging will be stopped due to some high voltage cells even though the remaining cells have sufficient charging capacity. The discharge also stops the discharge due to some low cells, which causes the SOC (State of Charge) window to shrink. This imbalance in charging has an adverse effect on battery pack durability and cell life.

가장 이상적인 조건은 충전 또는 방전 시 모든 셀들이 완벽하게 동일한 셀 전압을 유지하는 것이지만, 현실적으로 불가능하므로 셀 밸런싱이라는 기능을 사용하게 된다. 셀 밸런싱은 회로구성 및 동작방식에 따라 회로는 Passive 방식과 Active 방식으로 구성할 수 있다.
The ideal condition is that all cells maintain the same cell voltage at the time of charging or discharging, but because of the impossibility of realizing it, cell balancing is used. Cell balancing can be configured as Passive or Active depending on circuit configuration and operation method.

도 1의 Passive 방식은 전기자동차에 가장 널리 사용하는 밸런싱 회로 방식이다. 기본회로는 저항과 스위치로 구성되어 있으며, 셀 편차가 발생하였을 경우 높은 전압 값을 나타내는 셀을 선택하여 저항으로 에너지를 소비하여 전압 값을 낮춰 균일화를 달성하는 방식이다. 이 방식은 Active 방식에 비해 발열 및 효율 측면에서 상대적으로 불리한 방식이다. 하지만 회로구성이 단순하고 가격측면에서 저렴하여 많은 국/내외 완성차 업체에서 Passive 방식을 적용하고 있다.The Passive method shown in FIG. 1 is a balancing circuit method most widely used in electric vehicles. The basic circuit consists of a resistor and a switch. When a cell deviation occurs, a cell showing a high voltage value is selected, and energy is consumed by a resistor to lower the voltage value to achieve uniformity. This method is relatively disadvantageous in terms of heat generation and efficiency as compared with the active method. However, since the circuit configuration is simple and low in price, many passenger companies are applying Passive method.

도 2의 Active 방식은 Passive 방식의 단점을 보완하여 배터리를 효율적으로 운영하기 위해 사용하는 Active 방식 회로 구성이다. 높은 전압을 나타내는 배터리 셀의 에너지를 낮은 전압의 배터리에 충전을 해주는 방식으로 에너지 소비가 거의 없다. Passive 방식에 비해 발열이 적고 에너지 활용측면에서 효율은 높으나 회로구성이 복잡하고 가격 높고 BMS 사이즈가 커지는 단전이 있지만 최근 다양한 토폴로지의 Active Balancing 회로 방식이 개발되고 있어 다양한 Application에 적용되고 있다.The active scheme of FIG. 2 complements the weak points of the passive scheme and is an active scheme used to efficiently operate the battery. There is little energy consumption by charging the energy of a battery cell which shows a high voltage into a battery of a low voltage. Passive method is less heat generation and efficiency is higher in terms of energy utilization. However, the circuit configuration is complicated, the price is high, and the BMS size is large. However, since the active balancing circuit method of various topologies is being developed, it is applied to various applications.

본 발명은 Passive 셀 밸런싱 방식에 관한 것이다.The present invention relates to a passive cell balancing scheme.

본 발명에 따르면, 셀 밸런싱을 위해 충전을 제외한 상시에는 전체 셀 중 가장 낮은 전압을 기준으로 나머지 셀들을 저항을 이용하여 조금씩 방전하여 동일한 셀 전압을 유지하도록 한다.According to the present invention, in order to balance the cell, normally, the remaining cells except the charging are always discharged with a resistor based on the lowest voltage of all the cells to maintain the same cell voltage.

종래에는 가장 낮은 셀 기준으로 밸런싱 설정전압 범위 이내에 들어오면 해당 셀에 대해서는 밸런싱을 중지하지만, 본 발명에서는 가장 낮은 셀보다 더 낮아진 경우에 중지하도록 한다. Conventionally, when the voltage falls within the range of the balancing set voltage with respect to the lowest cell, the balancing is stopped for the corresponding cell, but in the present invention, it is stopped when the voltage is lower than the lowest cell.

이는 시험을 통해 검토한 결과 대부분의 배터리 팩에서 전압이 가장 낮은 셀은 다른 셀에 비해 내부 저항이 커서 발생하며, 마진 이내에서 중지할 경우 결국에는 해달 셀이 항상 낮은 셀로 유지하고 있기 때문에, 이를 변경하여 동일한 성능을 내기 위함이다.As a result of the test, it was found that the cell with the lowest voltage in most battery packs has a larger internal resistance than the other cells. If the cell is stopped within the margin, the cell is always kept at a lower cell To achieve the same performance.

단, Cut-off 전압을 설정하여 가장 낮은 셀 전압이 Cut-off 전압보다 낮은 경우에는 나머지 셀들은 Cut-off 전압까지만 셀 밸런싱을 실시한다. 이는 계속 셀 밸런싱 동작을 실시하면 셀 저전압 보호가 발생하므로 이를 방지하기 위함이다.However, if the cut-off voltage is set and the lowest cell voltage is lower than the cut-off voltage, the remaining cells perform cell balancing only to the cut-off voltage. This is to prevent cell low voltage protection when the cell balancing operation continues.

이를 보완하기 위해 본 발명은 한가지 셀 밸런싱 방식을 추가로 사용한다. 즉, 충전 시에는 상시 셀 밸런싱을 중지하고 있다가 만충전 상태 가까이 되었을 때 밸런싱을 실시한다. 즉, 충전상태에서 상위 설정전압보다 높아지는 셀이 있으면 충전을 정지하고, 해당 셀은 셀 밸런싱을 실시한다. 설정값까지 셀 전압이 낮아지면 다시 충전을 실시하고 이를 반복하여 모든 셀을 설정 값을 맞춘다.In order to compensate for this, the present invention additionally uses one cell balancing method. That is, at the time of charging, the cell balancing is stopped at all times, and balancing is performed when the battery is near the full charge state. That is, if there is a cell which is higher than the upper set voltage in the charged state, charging is stopped and the cell is subjected to cell balancing. If the cell voltage drops to the set value, charge it again and repeat it to set all cells to the set value.

상기에서 설명한, 본 발명의 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 방법에 의해 배터리 팩의 내구성과 셀 수명을 높일 수 있는 이점이 있다.
The battery balancing method of the battery management system of the present invention described above has an advantage that the durability and cell life of the battery pack can be increased.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects,