KR20180130821A - Charging system for multi-cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a multi-cell changing system, in a battery system composed of multi-cell, for performing individual charging according to the state of a cell by checking the characteristic of each cell, and preventing degradation and damage due to unbalance by matching the buffer voltage of the cell. The multi-cell charging system according to the present invention includes: a battery configured by connecting a plurality of cells; a battery management part connected to the battery and detecting the state of each of the plurality of cells; a charging part connected to the battery and charging each of the plurality of cells; and a control part for controlling the charging part to charge the cell based on the detection result of a battery detection part.

Description

멀티 셀 충전 시스템{CHARGING SYSTEM FOR MULTI-CELL}{CHARGING SYSTEM FOR MULTI-CELL}

본 발명은 멀티셀 충전 시스템에 관한 것으로 특히, 멀티셀로 구성된 배터리 시스템에서 셀별 특성을 파악하여 셀의 상태에 따라 개별 충전이 이루어지도록 하고, 셀의 완충 전압을 일치시킴으로써 언밸런싱에 의한 특성저하, 소손을 방지하도록 한 멀티셀 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-cell charging system, and more particularly, to a multi-cell charging system, in which characteristics of each cell are grasped in a multi-cell battery system, individual charging is performed according to a state of a cell, And more particularly to a multi-cell charging system for preventing burn-out.

리튬을 사용하는 이차전지는 다른 전지들에 비해 에너지 밀도가 높고 단자 전압이 높아 소형 고용량 배터리의 생산이 가능하다. 리튬 배터리의 우수한 특성으로 인해 다양한 분야에 다양한 형태로 이용되고 있다. 특히, 기존에 사용되던 다른 배터리의 자리를 빠른 속도로 대체하고 있으며, 배터리를 사용하기 곤란했던 분야에서도 배터리 사용에 따른 효과를 얻을 수 있게 하고 있다.Lithium secondary batteries have higher energy density and higher terminal voltages than other batteries, making it possible to produce small, high capacity batteries. Due to the excellent characteristics of the lithium battery, it is used in various forms in various fields. In particular, it replaces other batteries used in the past at a high speed, and has been able to achieve the effect of battery usage even in areas where it was difficult to use the battery.

리튬 배터리는 사용환경에 따라 하나의 배터리가 이용되는 단셀 또는 배터리 사용 용량을 늘리거나, 출력전압 또는 출력전류를 높이기 위한 멀티셀 패키지 타입으로 이용된다. 이를 통해 출력전압, 출력전류, 총 용량을 조절함으로써 다양한 분야에 적절한 형태에 배터리를 적용하여 이용이 가능해졌다.Lithium batteries are used in a multi-cell package type to increase the capacity of a single cell or battery in which one battery is used, or to increase output voltage or output current depending on the usage environment. By adjusting the output voltage, output current, and total capacity, the battery can be used in a form suitable for various fields.

이러한 리튬 배터리는 에너지 밀도가 높고 다른 배터리에 비해 단자 전압이 높아 전원의 구성이 유리하다는 장점은 있지만, 이미 알려진 바와 같이 발화, 폭발, 스웰링에 의한 손상과 같은 문제점이 있다.Such a lithium battery has advantages such as high energy density and high terminal voltage compared to other batteries, so that the configuration of the power supply is advantageous. However, as already known, there are problems such as ignition, explosion and swelling.

특히, 배터리 셀을 직렬, 병렬 연결하거나, 이를 혼합한 형태의 멀티셀의 경우 이러한 문제점과 함께 셀간 불균형이 큰 문제가 되고 있다. 셀 간 불균형은 단자전압 불일치에 의해 주로 발생되지만, 용량 불일치, 방전률 차이 등 다른 요소들에 의해서도 발생되는 것으로, 셀 용량의 감소, 수명 저하, 손상의 원인이 되고 있다.Particularly, in the case of a multi-cell in which battery cells are connected in series, parallel, or a combination thereof, such a problem as well as inter-cell imbalance is a big problem. The inter-cell imbalance is mainly caused by terminal voltage mismatch, but it is also caused by other factors such as capacity mismatch and discharge rate difference, which causes decrease in cell capacity, deterioration of life and damage.

때문에, 일반적으로 멀티셀 형태로 구성되는 배터리 팩은 밸런싱 수단을 두어 셀간의 균형을 맞추도록 하여, 셀간 불균형에 의해 손상 발생, 방전과 같은 문제가 발생되는 것을 방지하고 있다.Therefore, a battery pack, which is generally constructed in a multi-cell form, is provided with a balancing means so as to balance the cells, thereby preventing occurrence of problems such as damage and discharge due to inter-cell imbalance.

한편, 셀간 불균형은 충전이 이루어진 상태, 전력을 외부로 공급하는 상태에서만 문제가 되는 것은 아니다. 셀의 충전시 내부적으로 셀간 불균형이 발생된 상태이면 충전에 따른 소손이 발생할 수 있다. 일례로, 멀티셀에서 일부 셀의 단자전압이 정상범위를 넘어간 경우 이를 고려하지 않고 충전하게 되면, 단자전압이 다른 셀에 비해 낮은 셀의 파손이 발생되고 이로 인해, 배터리 팩의 소손 및 사용 불가능 상태가 발생된다.On the other hand, the inter-cell imbalance is not a problem only in a state where charging is performed and only when electric power is supplied to the outside. If inter-cell imbalance is generated internally during charging of the cell, burning due to charging may occur. For example, when the terminal voltage of some cells in a multi-cell exceeds a normal range, charging is performed without consideration of the terminal voltage, so that the cell voltage is lower than that of the other cells. As a result, Is generated.

그러나, 기존의 충전방식, 기존의 밸런싱 회로에 의해서는 이러한 문제점을 극복하여 셀을 안정적으로 충전하고 사용할 수 있게 하는 적절한 방법이 이용되지 않는 실정이다.However, the existing charging system and the conventional balancing circuit do not use an appropriate method to overcome such a problem and to stably charge and use the cell.

한국공개특허 10-2003-0004617(공개일 2003. 01. 15)Korean Patent Laid-Open No. 10-2003-0004617 (published January 15, 2003)

따라서, 본 발명의 목적은 멀티셀로 구성된 배터리 시스템에서 셀별 특성을 파악하여 셀의 상태에 따라 개별 충전이 이루어지도록 하고, 셀의 완충 전압을 일치시킴으로써 언밸런싱에 의한 특성저하, 소손을 방지하도록 한 멀티셀 충전 시스템을 제공하는 것이다.Therefore, it is an object of the present invention to provide a multi-cell battery system in which individual characteristics are grasped by a cell and individual charging is performed according to the state of the cell, and the buffering voltage of the cell is matched to prevent degradation and burn- And to provide a multi-cell charging system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 멀티셀 충전 시스템은 복수의 셀을 연결하여 구성되는 배터리; 상기 배터리에 연결되어 복수의 상기 셀 각각의 상태를 감지하는 배터리 관리부; 상기 배터리에 연결되고 복수의 상기 셀을 각각 충전시키는 충전부; 및 상기 배터리 감지부의 감지 결과에 따른 상기 셀의 상태에 충전이 이루어지도록 상기 충전부를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-cell charging system comprising: a battery connected to a plurality of cells; A battery management unit connected to the battery and detecting a state of each of the plurality of cells; A charging unit connected to the battery and charging each of the plurality of cells; And a control unit for controlling the charging unit to charge the cell according to the detection result of the battery sensing unit.

상기 제어부는 복수의 상기 셀 중 미리 지정된 기준에 부합되는 상기 셀은 나머지 셀들과 충전전류, 충전전압 및 충전율 중 어느 하나 이상을 달리하여 충전되도록 상기 충전부를 제어하는 것을 특징으로 한다.Wherein the control unit controls the charging unit such that the cell meeting the predetermined reference among the plurality of cells is charged with at least one of the charging current, the charging voltage, and the charging rate with the remaining cells.

상기 제어부는 미리 지정된 기준에 부합되는 상기 셀이 충전의 진행 중에 상기 기준을 벗어나는 경우 상기 나머지 셀들과 상기 충전전류, 상기 충전전압 및 상기 충전율 중 어느 하나 이상이 일치되도록 하여 충전을 진행하는 것을 특징으로 한다.Wherein the control unit proceeds to charge the remaining cells when at least one of the charging current, the charging voltage, and the charging rate coincides with the predetermined criteria, do.

상기 제어부는 복수의 상기 셀 중 만충 상태에서 단자전압이 가장 낮은 셀의 단자전압과 같은 단자전압이 유지되도록 나머지 셀의 충전을 제어하는 것을 특징으로 한다.The controller controls charging of the remaining cells so that a terminal voltage equal to the terminal voltage of the cell having the lowest terminal voltage is maintained in the full state among the plurality of cells.

상기 제어부는 복수의 상기 셀 중 만충 상태에 가장 빠르게 도달하는 셀의 단자전압과 같은 단자전압이 유지되도록 나머지 셀의 충전을 제어하는 것을 특징으로 한다.Wherein the control unit controls charging of the remaining cells so that a terminal voltage equal to the terminal voltage of the cell that reaches the full-charged state among the plurality of cells is maintained.

상기 충전부는 상기 제어부에 의해 각각 제어되고, 복수의 상기 셀 각각을 충전하기 위한 복수의 셀충전부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And the charging unit is controlled by the control unit and includes a plurality of cell charging units for charging each of the plurality of cells.

상기 배터리 관리부는 상기 제어부의 제어에 따라 복수의 상기 셀 간의 밸런스를 조절하기 위한 스위칭 소자 또는 전력 소모성 소자를 구비하는 밸런싱 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The battery management unit includes a balancing unit having a switching element or a power consuming element for controlling a balance between the plurality of cells under the control of the controller.

본 발명에 따른 멀티셀 충전 시스템은 멀티셀로 구성된 배터리 시스템에 셀별 특성을 파악하여 셀의 상태에 따라 개별 충전이 이루어지도록 하고, 셀의 완충 전압을 일치시키으로써 언밸런싱에 의한 특성저하, 소손을 방지하는 것이 가능해진다.The multi-cell charging system according to the present invention grasps the characteristics of each cell in a multi-cell battery system so that individual charging is performed according to the state of the cell, and the buffering voltage of the cell is matched, .

도 1은 본 발명에 따른 멀티셀 충전 시스템의 구성을 도시한 구성예시도.
도 2는 본 발명에 따른 멀티셀 충전 시스템의 구성을 좀 더 상세히 도시한 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a multi-cell charging system according to the present invention; Fig.
FIG. 2 is an exemplary view showing the configuration of a multi-cell charging system according to the present invention in more detail; FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be noted that the drawings denoted by the same reference numerals in the drawings denote the same reference numerals whenever possible, in other drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. And certain features shown in the drawings are to be enlarged or reduced or simplified for ease of explanation, and the drawings and their components are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.

도 1은 본 발명에 따른 멀티셀 충전 시스템의 구성을 도시한 구성예시도이다.1 is a configuration diagram showing the configuration of a multi-cell charging system according to the present invention.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 멀티셀 충전 시스템은 배터리(10), 배터리관리부(20), 충전부(30) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a multi-cell charging system according to the present invention includes a battery 10, a battery management unit 20, a charging unit 30, and a control unit 40.

배터리(10)는 충전부(30)를 통해 공급되는 전력에 의해 충전되고, 출력단자(Vout +, -)를 통해 외부에 충전된 전력을 공급한다. 이러한 배터리(10)는 리튬과 같은 금속이온 또는 금속 산화물을 재료로 하며, 이온, 폴리머, 산화물 또는 이의 등가형태로 구성되는 이차전지의 셀이 복수로 구성되어, 복수의 셀이 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 혼합으로 연결되는 멀티셀로 구성된다. 이러한 배터리(10)의 각 셀은 충전부(30)로부터 각각 전력을 공급받아 충전된다. 또한, 배터리(10)의 각 셀은 배터리 관리부(20)에 연결되어 배터리 관리부(20)에 의해 밸런싱 관리, 단자전압 관리가 이루어지게 된다. 이에 대해서는 하기의 구성 설명 및 다른 도면을 참조한 설명을 통해 좀 더 상세히 설명하기로 한다. 이 배터리(10)는 방전을 통해 출력단자(Vout +, -)에 연결된 외부장치에 전력을 공급하며, 충전은 충전부(30)를 통해 각 셀에 직접 충전이 이루어지게 된다. The battery 10 is charged by the power supplied through the charging unit 30 and supplies the power charged externally through the output terminals Vout +, -. The battery 10 is made of a metal ion such as lithium or a metal oxide, and has a plurality of cells of an ion, a polymer, an oxide, or an equivalent thereof, and the plurality of cells are connected in series, And a plurality of cells connected by parallel mixing. Each cell of the battery 10 is supplied with power from the charging unit 30 and charged. Each cell of the battery 10 is connected to the battery management unit 20, and the battery management unit 20 performs balancing management and terminal voltage management. This will be described in more detail with reference to the following description of the constitution and other drawings. The battery 10 supplies electric power to an external device connected to the output terminals Vout +, - through discharging, and charging is performed directly to each cell through the charging unit 30.

배터리관리부(20)는 배터리(10)의 충전, 충전상태 유지시 각 배터리의 정보를 제어부(40)에 전달하는 한편, 충전, 충전상태 유지, 방전시 멀티셀의 충전특성이 일관되게 나타나도록 조절하는 역할을 한다. 예를 들어 배터리 관리부(20)는 충전상태를 유지하는 배터리의 단자전압이 불평등한 경우, 높은 단자전압의 배터리 전력을 낮은 단자전압의 배터리에 전달하여, 충전률이 낮은 배터리를 충전하거나, 높은 단자전압을 나타내는 배터리의 전력을 소모시켜 단자전압을 낮춤으로써 복수의 셀이 최대한 동일한 상태가 유지될 수 있게 하는 역할을 한다. The battery management unit 20 transmits information of each battery to the controller 40 when the battery 10 is being charged and maintained in a charged state and controls the charge and charge state of the battery 10 to be constantly displayed . For example, when the terminal voltage of the battery which maintains the charged state is unequal, the battery management unit 20 transmits the battery power of the high terminal voltage to the battery of the low terminal voltage to charge the battery of low charging rate, Consumes the power of the battery representing the voltage to lower the terminal voltage so that the plurality of cells can maintain the same state as much as possible.

또한, 배터리 관리부(20)는 멀티셀의 셀 각각에 대한 상태를 측정하여 측정정보를 제어부(40)에 전달한다. 예를 들어 배터리 관리부(20)는 셀별 온도정보, 충전 또는 방전에 따른 셀별 단자전압, 셀별 출력/입력 전류를 제어부(40)에 전달한다. 이를 위해 배터리 관리부(20)는 멀티셀을 구성하는 복수의 셀 각각과 연결된다. 특히, 배터리 관리부(20)는 제어부(40)의 제어에 따라 셀간의 균형을 유지하기 위한 상태제어를 수행하며, 이 상태제어는 방전 또는 셀 전력을 이용한 충전을 포함한다. 또한, 이 상태제어를 위해 배터리 관리부(20)는 밸런싱수단(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 밸런싱 수단은 복수의 셀을 셀 단위로 개별 연결되도록 구성할 수 있는 복수의 스위치, 또는 셀별로 전력을 방전시킬 수 있도록 하는 스위치와 전력소모성 소자를 복수로 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 배터리의 상태를 확인하기 위한 센서들을 포함하여 구성될 수도 있는 것으로 제시된 바에 의해서만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.In addition, the battery management unit 20 measures the status of each cell of the multi-cell, and transmits measurement information to the control unit 40. For example, the battery management unit 20 transmits to the control unit 40 temperature information for each cell, terminal voltage for each cell according to charging or discharging, and output / input current for each cell. To this end, the battery management unit 20 is connected to each of a plurality of cells constituting the multi-cell. In particular, the battery management unit 20 performs a state control for maintaining a balance between the cells under the control of the control unit 40, and the state control includes charging using discharging or cell power. Also, for this state control, the battery management unit 20 may be configured to include balancing means (not shown). The balancing unit may include a plurality of switches capable of configuring a plurality of cells to be connected to each other on a cell-by-cell basis, or a switch and a power-consuming device capable of discharging power on a cell-by-cell basis. Furthermore, the present invention is not limited to the present invention only by the provision of the sensors for confirming the state of the battery.

충전부(30)는 제어부(40)의 제어에 따라 배터리(20)의 충전을 수행한다. 구체적으로 충전부(30)는 배터리(20)를 구성하는 멀티셀의 각 셀에 대해 개별적인 충전을 수행한다. 이를 위해 충전부(30) 셀별 충전을 수행하는 셀충전부를 셀의 수에 대응되는 만큼 구비한다.The charging unit 30 charges the battery 20 under the control of the control unit 40. [ Specifically, the charger 30 individually charges each cell of the multi-cells constituting the battery 20. To this end, the charger 30 is provided with a cell charging unit for performing cell charging as much as the number corresponding to the number of cells.

이 셀충전부는 셀별 감지결과에 따른 각 셀의 충전제어를 수행하는 제어부(40)로부터 충전 제어신호를 전달받아 동작한다. 이 제어부(40)는 셀을 충전할 때의 전압, 전류량, 충전율(임의 충전전류에 의해 충전에 소요되는 시간값 또는 C-Rate)과 같은 사항을 포함하여 지정하고, 이에 따른 제어신호를 생성하여 셀충전부에 전달한다. 셀충전부는 이러한 제어신호에 따라 충전전류의 값을 다른 셀과 같거나 다르게 하여 충전을 수행한다. 여기서, 충전전류 외에도 충전을 위한 출력전압을 다른 셀과 같거나 다르게 하여 충전을 수행할 수도 있으나, 제시된 바에 의해서 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 일례로 셀충전부는 특정 셀의 단자전압이 1V(충전율 0.2C 내지 1C)와 같이 일반적인 충전으로 충전이 불가능한 상태에서는 제어신호에 따라 매우 낮은 충전율 예를 들어 0.05C와 같은 충전율 즉, 매우 작은 전류에 의해 충전이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 셀충전부는 이와 같은 셀이 정상충전이 가능한 상태에서는 충전율을 변경하여 충전을 함으로써, 일반적인 방법으로는 충전이 곤란한 배터리를 충전할 수 있게 하는 역할을 한다.The cell charging unit receives the charging control signal from the control unit 40, which performs charging control of each cell according to the result of cell sensing. The control unit 40 designates a voltage, a current amount and a charging rate (a time value required for charging by a certain charging current or a C-Rate) at the time of charging the cell, and generates a control signal corresponding thereto And transmits it to the cell charging unit. The cell charging unit performs charging by making the value of the charging current equal to or different from that of the other cells according to the control signal. Here, the charging may be performed by setting the output voltage for charging to be equal to or different from that of the other cells in addition to the charging current, but the present invention is not limited by the presented aspects. For example, when the terminal voltage of a certain cell is 1 V (charging rate: 0.2C to 1C), it is impossible to charge the battery at a very low charging rate, for example, at a very low charging rate So that the charging can be performed. In addition, the cell charging unit plays a role of charging a battery which is difficult to charge by a general method by changing the charging rate in a state where such a cell can be normally charged.

또한, 셀충전부는 제어부(40)의 제어에 따라 복수의 셀 중 만충된 상태에서 단자전압이 가장 낮은 셀에 맞추어 다른 셀의 충전을 수행함으로써 만충상태에서 셀간 전압 불균형이 발생하는 것을 방지하게 된다.In addition, under the control of the control unit 40, the cell charging unit performs charging of the other cells in accordance with the cell having the lowest terminal voltage in a fully charged state among a plurality of cells, thereby preventing occurrence of an inter-cell voltage imbalance in a fully charged state.

제어부(40)는 전술한 바와 같이 배터리 관리부(20)의 감지결과에 따라 각 셀의 특성은 감지하고, 셀의 밸런스가 유지되도록 배터리 관리부(20)를 제어하거나, 셀별 특성에 따라 충전이 이루어지고, 만충된 셀간의 밸런스가 균등해지도록 충전을 제어하는 역할을 한다. The control unit 40 controls the battery management unit 20 so that the characteristics of each cell are sensed according to the detection result of the battery management unit 20 and the balance of the cell is maintained as described above, , And controls the charge so that the balance between the fully charged cells becomes equal.

구체적으로 제어부(40)는 배터리 관리부(20)로부터 셀 별 상태정보를 제공받는다. 이러한 셀별 상태정보에 따라 셀의 온도, 방전시 방전율, 방전전류의 크기와 같은 사항을 확인하여 보호동작이 이루어질 수 있도록 한다.Specifically, the control unit 40 receives cell-by-cell status information from the battery management unit 20. According to the state information of each cell, a protection operation can be performed by confirming items such as the temperature of the cell, the discharge rate upon discharge, and the magnitude of the discharge current.

또한, 제어부(40)는 충전상태에서 셀 간의 불균형 발생여부를 감지하고, 셀의 단자전압별 불균형이 발생된 것으로 판단되면, 배터리 관리부(20)를 제어하여, 셀의 밸런싱을 유지하도록 하는 제어를 수행한다. 일례로, 배터리 관리부(20)에 방전회로가 구성되는 경우 셀 단자전압이 높은 셀을 방전시켜 셀 단자전압이 가장 낮은 셀과 단자전압이 일치되도록 하게 된다. 또는 배터리 관리부(20)에 충방전회로가 구성되는 경우 셀 단자전압이 높은 셀을 셀 단자전압이 낮은 셀과 연결되도록 하여 내부적인 충전전력에 의해 충전전압, 충전량이 부족한 셀을 충전하여 균형을 유지하도록 하게 된다.In addition, the controller 40 detects whether an unbalance occurs between the cells in the charged state, and controls the battery management unit 20 to maintain cell balancing when it is determined that an unbalance is generated for each terminal voltage of the cell . For example, when a discharge circuit is formed in the battery management unit 20, a cell having a high cell terminal voltage is discharged, so that the cell voltage of the cell having the lowest cell terminal voltage matches the terminal voltage. Or the battery management unit 20, a cell having a high cell terminal voltage is connected to a cell having a low cell terminal voltage, so that cells having insufficient charging voltage and charging amount are charged by the internal charging power to balance .

또한, 제어부(40)는 충전부(10)의 셀충전부를 각각 제어하여 셀별 특성에 맞는 충전이 이루어지게 한다. 이를 위해 제어부(40)는 셀별 단자전압과 같은 상태정보를 배터리관리부(20)로부터 전달받고, 각 셀의 상태를 판별하여 이에 대응되는 제어신호를 각 셀충전부에 전달한다. 일례로 전술한 바와 같이, 셀의 단자전압이 1V이하로 떨어지거나, 다른 셀과 2V 이상 차이나는 경우와 같이 일괄되게 충전할 수 없는 셀이 존재하는 경우에도 충전이 이루어질 수 있게 셀충전부의 충전을 제어한다. 구체적으로 제어부(40)는 셀 특성이 저하된 셀에 대해서는 다른 셀과 다른 충전전류, 충전율 구체적으로, 작은 충전전류, 낮은 충전율에 의해 충전이 이루어지도록 셀충전부를 제어한다. 그리고, 제어부(40)는 배터리에 규정된 충전율에 의해 충전이 가능한 전압에 도달하면, 해당 충전율 또는 충전전류에 의해 충전이 이루어지도록 충전전류, 충전전압 또는 충전율을 변경하여 충전이 진행되도록 제어하게 된다.In addition, the control unit 40 controls each of the cell charging units of the charging unit 10 so as to perform charging according to the cell-specific characteristics. To this end, the control unit 40 receives status information such as terminal voltage for each cell from the battery management unit 20, determines the state of each cell, and transmits the corresponding control signal to each cell charging unit. For example, as described above, when the terminal voltage of the cell drops below 1 V, or when there is a cell that can not be collectively charged, such as when the cell voltage is different from the other cells by 2 V or more, charging of the cell- . Specifically, the control unit 40 controls the cell charging unit so that charging is performed by a different charging current, a specific charging rate, a small charging current, and a low charging rate for cells whose cell characteristics are degraded. When the control unit 40 reaches a voltage capable of being charged by the charge rate defined in the battery, the control unit 40 changes the charge current, the charge voltage or the charge rate so that the charge is performed by the charge rate or the charge current, .

또한, 제어부(40)는 셀별 만충 용량 또는 만충 전압이 상이하다고 판단되는 경우, 만충 전압이 가장 작은 셀의 단자전압을 확인하고, 다른 셀의 만충전압이 가장 낮은 셀에 맞춰지도록 셀충전부를 제어하게 된다. 이를 통해 제어부(40)는 각기 다른 충전전압에 의해 충전되어 발생되는 언밸런싱이 발생되지 않도록 셀별 단자전압을 일치시키게 된다. 이를 위해 제어부(40)는 충전용량이 제일 작거나, 단자전압이 제일 작은 셀로부터 감지되는 감지결과에 의해 다른 셀들을 충전하는 셀충전부들을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 전달하게 된다.If it is determined that the cell has a full charge capacity or a full charge voltage, the control unit 40 checks the terminal voltage of the cell having the smallest full charge voltage and controls the cell charging unit so that the full charge voltage of the other cell is adjusted to the lowest cell do. Accordingly, the control unit 40 matches the terminal voltages of the respective cells to prevent unbalance caused by charging by different charging voltages. For this, the control unit 40 generates and transmits a control signal for controlling the cell charging units that charge the other cells according to the detection result detected from the cell having the smallest charging capacity or the smallest terminal voltage.

도 2는 본 발명에 따른 멀티셀 충전 시스템의 구성을 좀 더 상세히 도시한 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary view showing the configuration of the multi-cell charging system according to the present invention in more detail.

도 2를 참조하면, 멀티셀 충전 시스템은 소용량 파워 뱅크용뿐만 아니라 전기 자동차, ESS(Energy Storage system)와 같은 대용량 에너지 저장시스템에 적용이 가능하다. 이러한 대용량 에너지 저장시스템은 복수의 대용량 단셀을 직병렬로 혼합하여 구성하는데. 기존과 같이 하나의 입출력 단자를 통해 충전하는 경우 충전을 위해 각 셀에 흐르는 전류가 커지게 되며, 셀에 입력되는 전류의 크기를 작게하는 경우 충전에 막대한 시간이 소요되게 된다. Referring to FIG. 2, the multi-cell charging system is applicable not only to a small-capacity power bank but also to a large-capacity energy storage system such as an electric vehicle or an ESS (Energy Storage System). This large-capacity energy storage system consists of a plurality of large-capacity single cells mixed in series and in parallel. When the current is charged through one input / output terminal as in the conventional case, the current flowing in each cell is increased for charging, and when the current input to the cell is reduced, a considerable time is required for charging.

그런데, 이러한 복수의 셀 중 어느 하나의 셀이 다른 셀에 비해 심한 저전압 상태인경우, 멀티셀을 하나의 셀로 간주하여 충전을 진행하면, 스웰링, 발화, 폭발과 같은 소손이 발생하는 문제점이 발생될 수 있다.However, when any one of the plurality of cells is in a state of a very low voltage as compared with other cells, if charging is performed while considering the multi-cells as one cell, problems such as swelling, ignition, and explosion may occur .

그렇다고, 저전압 상태의 셀에 맞추어 충전을 진행하는 경우, 대용량 셀의 충전에 소요되는 시간이 많이 소요되고, 저전압 상태의 셀을 정상충전이 가능한 전압레벨까지 도달시키는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.However, when charging is performed in accordance with a cell in a low-voltage state, it takes a long time to charge a large-capacity cell and it is not easy to reach a voltage level at which a cell in a low-voltage state can be normally charged.

때문에 본 발명에서는 각 셀을 개별 충전하여 충전시간을 단축시키고, 셀에 흐르는 전류를 저감하여 셀이 대전류가 흐름으로써 발생되는 스트레스를 저감하고, 셀 특성에 따라 맞춤 충전이 가능하도록 하는 충전시스템을 제공한다.Therefore, according to the present invention, there is provided a charging system for individually charging each cell to shorten the charging time, reduce the current flowing through the cell, reduce the stress caused by the flow of a large current through the cell, do.

이를 위해 전술한 바와 같이 각 셀에 연결되어 각각의 셀을 충전시키는 충전부(30)와, 셀별 상태를 감지하고 밸런싱을 조절하는 배터리관리부(20)와, 충전부(30) 및 배터리관리부(20)의 동작을 제어하는 제어부(40)를 포함하여 구성되는 멀티셀 충전시스템을 제공한다.A charging unit 30 connected to each cell to charge each cell, a battery management unit 20 for sensing and balancing the state of each cell, a charging unit 30 and a battery management unit 20, And a control unit (40) for controlling the operation of the multi-cell charging system.

구체적으로 배터리관리부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 셀 각각의 상태를 감지하는 직접회로(21)와 밸런싱수단(22)을 포함하여 구성된다. 이 직접회로(21)는 아날로그 프론트엔드회로를 포함하여 구성될 수 있으며, AFE-IC와 같은 기성 제품에 의해 구현될 수 있다.Specifically, the battery management unit 20 includes an integrated circuit 21 and a balancing unit 22 for sensing the state of each cell as shown in FIG. This integrated circuit 21 may be configured to include an analog front-end circuit, and may be implemented by an off-the-shelf product such as an AFE-IC.

이러한 배터리관리부(20)는 셀의 상태 관리를 통해 안정적인 성능을 유지하도록 하기 위한 동작을 수행하며 대표적으로 셀의 상태를 측정하여 제어부(40)에 전달하거나, 제어부(40)의 제어에 따라 밸런싱수단(22)을 제어하여 셀들 간의 밸런싱을 조절하는 역할을 한다.The battery management unit 20 performs an operation for maintaining stable performance through the state management of the cell. Typically, the state of the cell is measured and transmitted to the control unit 40, Lt; RTI ID = 0.0 > 22 < / RTI >

이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 직접회로(21)는 각 셀의 상태를 측정할 수 있도록 각각의 셀과 연결되고, 셀별 양극과 음극 사이에는 밸런싱수단(22)이 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 밸런싱수단(22)은 복수의 스위치, 도선을 구성되어 특정 셀 간의 연결이 이루어질 수 있게 구성되거나, 스위칭소자와 전력소모성 소자로 구성될 수 있다. 직접회로(21)는 제어부(40)의 제어에 따라 스위칭소자의 온/오프를 제어함으로써 의도한 셀 간의 연결이 이루어지게 하거나, 셀의 전력이 전력소모성 소자로 전달되어 일정부분 소모되도록 하는 역할을 한다.For this, the integrated circuit 21 is connected to each cell so that the state of each cell can be measured as shown in FIG. 2, and the balancing means 22 can be connected in parallel between the anode and the cathode of each cell. The balancing means 22 may be constituted by a plurality of switches, conductors, and connection between specific cells, or may be composed of a switching device and a power consuming device. The integrated circuit 21 controls ON / OFF of the switching device under the control of the control unit 40 to allow the connection between the intended cells or to allow the power of the cell to be transmitted to the power consuming device, do.

한편, 직접회로(21)는 셀 각각의 단자전압, 셀로부터 출력되는 전류의 크기, 온도와 같은 정보를 셀별로 획득하여 제어부(40)에 전달할 수 있으나, 이로써만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.On the other hand, the integrated circuit 21 can acquire information such as the terminal voltage of each cell, the magnitude of the current output from the cell, and the temperature on a cell-by-cell basis, and transmit the information to the control unit 40. However, the present invention is not limited thereto.

충전부(30)는 셀충전부(31)와 퓨즈(32)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 셀충전부(31) 각각에는 외부전원이 입력되고, 이와 별도로 제어부(40)와 연결되어 제어신호를 전달받는다. 셀충전부(31)는 셀 수에 대응되게 구성되어 셀 별로 마련되며, 제어부(40)의 제어신호에 따라 셀별 특성에 맞게 충전을 위한 전력을 공급하고, 충전이 완료되면 전력공급을 중지하게 된다.The charging unit 30 may include a cell charging unit 31 and a fuse 32. External power is input to each of the cell charging units 31 and is separately connected to the control unit 40 to receive a control signal. The cell charging unit 31 is provided for each cell to correspond to the number of cells and supplies electric power for charging according to cell characteristics according to a control signal of the control unit 40 and stops power supply when charging is completed.

앞서, 도 1을 통해 설명한 바와 같이 제어부(40)가 배터리관리부(20)에 의해 셀별 단자전압을 포함하는 상태정보를 전달받으면, 충전을 위한 전압레벨, 충전전류의 크기, 충전율 중 어느 하나 이상을 결정하게 된다. 결정이 이루어지면 해당 결정에 따라 충전이 이루어지도록 각 셀충전부(31)에 제어신호를 전달하게 되며, 제어신호를 전달받은 셀충전부(31)는 제어신호에 의해 동작하여 셀 각각에 대한 충전을 수행하게 된다.1, when the controller 40 receives the status information including the terminal voltage for each cell by the battery management unit 20, the control unit 40 determines whether at least one of the voltage level for charging, the size of the charging current, . When a determination is made, a control signal is transmitted to each cell charging unit 31 so that charging is performed according to the determination, and the cell charging unit 31 receiving the control signal operates according to a control signal to perform charging for each cell .

일례로 복수의 셀로 배터리가 구성되는 경우 내부저항의 차이 등으로 인해 셀의 특성 예를 들어, 자연방전에 따른 전압강하가 각각 다르게 나타나게 된다. 이때, 장기간 충전이 이루어지지 않는 상태로 유지되면, 일부 셀의 경우 다른 셀들에 비해 매우 낮은 전압까지 단자전압이 저하되게 된다. 이러한 셀을 다른 셀과 동일한 조건에 의해 충전하는 경우 소손이 발생될 수 있다.For example, when a battery is composed of a plurality of cells, a voltage drop due to a characteristic of a cell, for example, a natural discharge, is different due to a difference in internal resistance. At this time, if the cell is kept in a state in which charging is not performed for a long time, the terminal voltage of some cells is lowered to a much lower voltage than other cells. If these cells are charged under the same conditions as other cells, burning may occur.

때문에, 본 발명에서는 제어부(40)가 이런 셀을 확인하면 특성이 저하된 셀에 대해서는 충전전압, 충전전류의 크기, 충전율 중 적어도 어느 하나를 다른 셀과 다르게 하여 충전하게 된다. 충전율(C-rate)을 조절하는 경우, 다른 셀은 0.2C 에서 1C 정도로 충전하는 반면, 특성 저하가 발생된 셀은 0.05C로 충전하여 천천히, 적은 전류에 의해 충전이 이루어지도록 하여 고전류 또는 높은 충전율에 의해 충전할 경우 발생하는 소손을 방지하게 된다. 또한, 이러한 셀의 상태를 지속적으로 감지하여 정상충전이 가능해지는 시점을 판별하고, 정상적인 충전이 가능해지는 경우 충전율을 변경하거나, 인가전류, 인가전압을 변경하여 빠른 충전이 이루어지도록 하게된다.Accordingly, in the present invention, if the control unit 40 confirms such a cell, at least one of the charging voltage, the charging current, and the charging rate of the cell whose characteristics have deteriorated is made different from that of the other cells. When controlling the C-rate, the other cells are charged at about 0.2C to 1C, while the cells having the characteristic degradation are charged at 0.05C, so that charging is performed slowly and with a small current, Thereby preventing the occurrence of burn-out that occurs when the battery is charged by the battery. In addition, when the state of such a cell is continuously detected, a time point at which normal charging becomes possible is discriminated. When the normal charging becomes possible, the charging rate is changed, or the charging current is changed by changing the applied voltage and the applied voltage.

한편, 이와 달리 반복적인 사용에 따라 특성이 균일한 셀들도, 용량, 단자전압에 변화가 발생할 수 있다. 이 경우 이러한 셀간 특성 불일치를 고려하지 않고 일괄적으로 충전을 수행하는 경우 셀간 불균형이 발생하여 결과적으로 밸런싱이 필요하게 되며, 대용량 셀이 사용될수록 밸런싱에 소요되는 시간이 크게 증가해 배터리를 효율적으로 사용할 수 없는 상황이 발생될 수 있다.On the other hand, according to the repeated use, the cells having the uniform characteristics may change in the capacitance and the terminal voltage. In this case, when charging is performed collectively without consideration of the inconsistency between the cells, an inter-cell imbalance occurs, and as a result, balancing is required. As the capacity of the large capacity cell is increased, the time required for balancing is greatly increased, A situation that can not be done can occur.

이를 방지하기 위해 본 발명에서는 셀충전부(31)에 의해 각각의 셀을 충전하고, 셀 충전에 따른 각 셀의 상태를 제어부(40)가 지속적으로 감지하게 된다. 이때, 셀들 중 단자전압이 가장 낮은 셀이 먼저 충전이 이루어지면, 제어부(40)를 이를 확인하고, 이 전압에 맞추어 다른 셀의 충전이 종료되도록 다를 셀들을 충전하는 셀충전부(31)의 충전을 제어하게 된다.In order to prevent this, in the present invention, each cell is charged by the cell charging unit 31, and the control unit 40 continuously detects the state of each cell upon cell charging. At this time, if the cell having the lowest terminal voltage is first charged, the control unit 40 confirms this, and charging of the cell charging unit 31 for charging the different cells to terminate the charging of the other cells Respectively.

이와 같은 방법에 의해 셀의 전압을 일치시킴으로써 일관된 충전에 의해 발생할 수 있는 셀의 불균형을 미연에 방지하고, 별도의 밸런싱을 위한 작업을 생략하도록 하는 것이 가능해진다.By matching the voltages of the cells by such a method, it is possible to prevent the unbalance of the cells that may occur due to the consistent charging, and omit the work for balancing separately.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.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, but, on the contrary, And the like. Accordingly, such modifications are deemed to be within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the following claims.

10 : 배터리
11 : 셀
20 : 배터리 관리부
21 : 직접회로
22 : 밸런싱 수단
30 : 충전부
31 : 셀 충전부
32 : 퓨즈
40 : 제어부10: Battery
11: Cell
20: Battery management section
21: Integrated circuit
22: Balancing means
30:
31:
32: Fuse
40:

Claims (7)

복수의 셀을 연결하여 구성되는 배터리;
상기 배터리에 연결되어 복수의 상기 셀 각각의 상태를 감지하는 배터리 관리부;
상기 배터리에 연결되고 복수의 상기 셀을 각각 충전시키는 충전부; 및
상기 배터리 감지부의 감지 결과에 따른 상기 셀의 상태에 충전이 이루어지도록 상기 충전부를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티셀 충전 시스템.A battery configured by connecting a plurality of cells;
A battery management unit connected to the battery and detecting a state of each of the plurality of cells;
A charging unit connected to the battery and charging each of the plurality of cells; And
And a control unit for controlling the charging unit to charge the cell according to the detection result of the battery sensing unit. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 복수의 상기 셀 중 미리 지정된 기준에 부합되는 상기 셀은 나머지 셀들과 충전전류, 충전전압 및 충전율 중 어느 하나 이상을 달리하여 충전되도록 상기 충전부를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티셀 충전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls the charging unit such that the cell corresponding to the predetermined reference among the plurality of cells is charged with at least one of the charging current, the charging voltage, and the charging rate with the remaining cells. 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 미리 지정된 기준에 부합되는 상기 셀이 충전의 진행 중에 상기 기준을 벗어나는 경우 상기 나머지 셀들과 상기 충전전류, 상기 충전전압 및 상기 충전율 중 어느 하나 이상이 일치되도록 하여 충전을 진행하는 것을 특징으로 하는 멀티셀 충전 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit proceeds to charge the remaining cells when at least one of the charging current, the charging voltage, and the charging rate coincides with the predetermined criteria, A multi-cell charging system. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 복수의 상기 셀 중 만충 상태에서 단자전압이 가장 낮은 셀의 단자전압과 같은 단자전압이 유지되도록 나머지 셀의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티셀 충전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls charging of the remaining cells so that a terminal voltage same as the terminal voltage of the cell having the lowest terminal voltage is maintained in the full state among the plurality of cells. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 복수의 상기 셀 중 만충 상태에 가장 빠르게 도달하는 셀의 단자전압과 같은 단자전압이 유지되도록 나머지 셀의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티셀 충전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls charging of the remaining cells so that a terminal voltage equal to the terminal voltage of the cell that reaches the full-charged state among the plurality of cells is maintained. 제 1 항에 있어서,
상기 충전부는
상기 제어부에 의해 각각 제어되고, 복수의 상기 셀 각각을 충전하기 위한 복수의 셀충전부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티셀 충전 시스템.The method according to claim 1,
The charging unit
And a plurality of cell charging units, each of which is controlled by the control unit, for charging each of the plurality of cells. 제 1 항에 있어서,
상기 배터리 관리부는 상기 제어부의 제어에 따라 복수의 상기 셀 간의 밸런스를 조절하기 위한 스위칭 소자 또는 전력 소모성 소자를 구비하는 밸런싱 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티셀 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the battery management unit includes a balancing unit having a switching element or a power consuming element for controlling a balance between the plurality of cells under the control of the controller.
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