KR20200003633A - A compact type integrated battery cell status monitoring and balancing device, system, and its control method for an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 셀 간 충전 불균형이 일어나는 것을 방지하기 위한 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치, 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell monitoring and balancing device, a system, and a method of controlling the same, to prevent charge imbalance between battery cells.
리튬 이온 전지를 동력원으로 사용하고, 단위 배터리(셀)의 기본 전위보다 높은 전위가 필요한 전기 구동 자동차(이하 ‘전기차’라고 함)에서, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 사용하는 것이 통상적이다. 그러나, 통상적인 제조방법을 통해 제조된 배터리는 동일한 양극, 음극 및 전해질 물질을 이용하여 동일한 구조로 제조되었다 하더라도 직렬 연결된 배터리 각각의 충전 또는 방전(및 자가 방전) 특성에 차이가 존재하게 된다. 따라서, 직렬 연결된 배터리의 사용 시 단위 배터리의 전위차가 존재하게 되고, 이로 인해 직렬 연결된 단위 배터리 중 다른 배터리의 전위에 관계없이 하나의 배터리가 완전 방전되었을 경우에도 재충전이 필요하게 되며, 재충전 시에도 각각의 배터리의 전위가 서로 다름으로 인해 일정 전압에 먼저 도달한 배터리의 과충전 문제 및 몇몇 배터리의 과충전이 일어남에도 일정 전압에 아직 도달하지 못한 배터리가 존재하게 되는 충전 비효율의 문제가 있었다. In an electric drive vehicle (hereinafter, referred to as an "electric vehicle") that uses a lithium ion battery as a power source and requires a potential higher than the basic potential of a unit battery (cell), a plurality of unit batteries are commonly used in series. However, even if the battery manufactured by the conventional manufacturing method is made of the same structure using the same positive electrode, negative electrode and electrolyte materials, there is a difference in the charge or discharge (and self-discharge) characteristics of each of the battery connected in series. Therefore, the potential difference of the unit battery is present when the series-connected battery is used, and thus recharging is required even when one battery is completely discharged regardless of the potential of the other battery in the series-connected unit battery. Due to the different potential of the battery, there was a problem of overcharging of the battery that reached a constant voltage first, and a problem of charging inefficiency in which a battery which did not reach the constant voltage even though some of the overcharging occurred.
따라서, 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 이용하여 단위 배터리 팩의 상태를 항시 감시하고 관리하여야 한다. 여기서, 배터리 관리 시스템이 수행하는 매우 중요한 임무 중 하나가 배터리 셀간의 전압 불균형을 해소하는 배터리 셀 밸런싱(Battery Cell Balancing)이다. 배터리 에너지원의 SOC(Stateof Charge) 밸런싱을 위해서는 배터리 셀 밸런싱이 이루어져야 하며, 배터리 셀 밸런싱의 방법으로는 수동소자를 이용한 수동 셀 밸런싱(Passive cell balancing)과 컨버터를 이용한 능동 셀 밸런싱(Active cell balancing)으로 구분할 수 있는데, 배터리 셀들 중 특정 셀의 전압이 다른 셀보다 높을 경우, 배터리 셀 양단에 병렬로 연결된 저항을 연결하여 해당 셀의 에너지를 저항을 통해 소비시킴으로써 전압을 감소시키고 있다. 그러나, 이 방법은 회로의 구성은 간단하나 충전 에너지를 저항을 통해 소모시킴으로써 셀 밸런싱의 효율이 낮으며, 셀 밸런싱 시간을 증대시키는 문제점이 있었다. 반면에, 능동 셀 밸런싱(Active cell balancing)에 따른 전하 균일 방안은 도 1a에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 각각에 병렬 접속하는 양방향 DC-DC 컨버터를 구성함으로써, 과충전된 배터리 셀의 전압은 에너지 버스부로 방전되도록 제어하고, 저충전된 배터리 셀은 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력이 해당 배터리 셀로 충전되도록 하여 셀 밸런싱이 이루어지도록 한다. 이러한 액티브 방식의 셀 밸런싱 방법은 대한민국 등록특허 제10-1165593호(양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치)에 그 상세한 설명이 언급되어 있으므로, 이하에서는 그 상세한 설명을 생략한다. 상술한 능동 셀 밸런싱에 따른 전하 균일 방안은 수동 셀 밸런싱에 비하여 에너지 효율은 좋으나 셀 당 1개의 양방향 DC-DC 컨버터를 사용 하므로 회로 및 콘트롤(Control)이 대단히 복잡하다는 문제점을 내재하고 있다. 이해를 돕기 위해, 도 1a의 구성에서, 배터리 셀 별로 구비되고, 전기적 절연기능을 포함하는 배터리 셀 모니터링부(200)와 양방향 DC-DC컨버터(300)를 포함한 시스템을 도 1b에 나타내었다. 모니터링부(200)와 양방향 DC-DC컨버터 각각 전기적으로 절연되어야 한다. 그 이유는 직렬로 연결된 배터리 셀들의 음의 단자들의 전위가 다르기 때문이고, 또한, 고전압 배터리와 제어 전원은 제어기의 오동작 방지를 위해서 전기적으로 분리시키는 것이 일반적이다. 나아가, 전기차에 있어서 제어 전원의 그라운드는 차체와 연결되므로, 사용자의 안전을 위해서 특히 고전압 배터리와 제어 전원간의 전기적 절연은 매우 중요하다. 또한, 배터리 셀 모니터링부의 1차측과 2차측간 절연을 위해서 전용 칩을 사용할 수 있는데, 전용 칩의 가격이 높고, 나아가 배터리 셀 개수만큼 필요한 점에서 재료비가 상승하는 문제가 있었다. Therefore, the battery management system (Battery Management System; BMS) to always monitor and manage the state of the unit battery pack. Here, one of the very important tasks performed by the battery management system is battery cell balancing (Battery Cell Balancing) to solve the voltage imbalance between the battery cells. To balance SOC (State of Charge) of battery energy sources, battery cell balancing should be performed.Passive cell balancing includes passive cell balancing using passive elements and active cell balancing using converters. When the voltage of a specific cell among battery cells is higher than other cells, a voltage is reduced by connecting a resistor connected in parallel to both ends of the battery cell and consuming energy of the corresponding cell through the resistor. However, this method has a problem in that the circuit configuration is simple, but the efficiency of cell balancing is low by consuming the charging energy through the resistor, and the cell balancing time is increased. On the other hand, the charge uniformity scheme according to active cell balancing constitutes a bidirectional DC-DC converter connected in parallel to each of the battery cells, as shown in FIG. 1A, so that the voltage of the overcharged battery cell is reduced to the energy bus. The battery cell is controlled to be discharged negatively, and the low-charged battery cell is charged with the surplus power shared by the energy bus unit to the corresponding battery cell to achieve cell balancing. The active cell balancing method is described in Republic of Korea Patent No. 10-1165593 (cell balancing circuit device of the battery management system using a two-way DC-DC converter), so the detailed description thereof will be omitted below. . The above-mentioned charge uniformity method according to active cell balancing has better energy efficiency than passive cell balancing, but has a problem in that a circuit and control are very complicated because one bidirectional DC-DC converter is used per cell. 1A illustrates a system including a battery
즉, 종래의 능동 셀 밸런싱 장치는 배터리 셀 당 1개의 양방향 DC-DC 컨버터와 배터리 셀 모니터링 장치로 구성되는데, 각 배터리 셀의 기준 전위(음극 전위)가 상이하므로 양방향 DC-DC컨버터와 배터리 셀 모니터링 장치 각각 절연형이어야 하는 점에서, 셀 밸런싱 장치의 회로, 와이어링 및 시스템이 매우 복잡해지고, 크기가 증대되며, 부품 가격이 크게 상승하는 문제점이 있었다. 특히, 자동차는 부품의 설치공간이 한정되어 있고, 재료비 경쟁이 치열한 분야로서, 부품 크기 축소, 시스템 간소화, 재료비 절감이 매우 중요하므로, 위와 같은 문제점은 해결해야 할 중요한 과제 중의 하나였다. That is, the conventional active cell balancing device is composed of one bidirectional DC-DC converter and a battery cell monitoring device per battery cell, and since the reference potential (cathode potential) of each battery cell is different, the bidirectional DC-DC converter and the battery cell monitoring are performed. In that each device must be insulated, the circuit, wiring, and system of the cell balancing device become very complicated, increase in size, and increase in component cost. In particular, the automobile is a limited installation space of the parts, the competition in the material cost is intense, the size reduction of parts, system simplification, material cost reduction is very important, the above problem was one of the important problem to be solved.
본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 절연 모듈로 배터리 셀 상태 모니터링 및 밸런싱을 수행하는 통합형 회로 구조를 갖음으로써, 회로 구성, 와이어링 및 시스템 구조가 간단하고 단순하며, 생산이 용이 하고, 제조 원가가 저렴하면서도, 크기는 축소 되고, 대기 및 동작 모드를 제어함으로써 배터리 소모량도 최소화 되어 효율을 향상시킬 수 있도록 한 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치, 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것에 목적이 있다.The present invention is to solve the problems as described above, by having an integrated circuit structure for monitoring and balancing the battery cell status with one insulation module, the circuit configuration, wiring and system structure is simple and simple, Compact, integrated battery cell monitoring and balancing device, system and control method for easy production, low manufacturing cost, reduced size, and improved efficiency by minimizing battery consumption by controlling standby and operation modes The purpose is to provide.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리 셀의 양단 전압과 배터리 셀의 온도 중 적어도 하나에 기초한 배터리 셀 상태 정보에 기초한 통신 메시지를 생성하고, 상기 통신 메시지를 기초로 전기신호를 출력하며, 상기 배터리 셀을 방전시킬 필요가 있는 경우, 상기 전기신호에 상기 배터리 셀의 에너지 전달하기 위한 신호를 추가하여, 하나의 전기신호로 배터리 셀 상태 정보와 배터리 셀 에너지를 동시에 전달하는 BSU(Battery Sensing Unit, 500);와 상기 BSU로부터 전달받은 전기신호를 외부 제어장치에 전달하거나, 상기 BSU로부터 전달받은 전기신호를 DC-링크에 연결하여 전력을 전달하는 BDU(BSU Drive Unit, 600)를 포함하고, 상기 BSU는, 상기 배터리 셀과 상기 BDU간을 전기적 절연시키는 것을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치를 제공한다. The present invention for achieving the above object, generates a communication message based on the battery cell state information based on at least one of the voltage between the battery cell and the temperature of the battery cell, and outputs an electrical signal based on the communication message, When it is necessary to discharge the battery cell, by adding a signal for transmitting the energy of the battery cell to the electrical signal, a battery sensing unit that delivers battery cell status information and battery cell energy at the same time as one electrical signal And 500); and a BDU (BSU Drive Unit, 600) for transmitting electric power transmitted from the BSU to an external control device, or transferring electric signals received from the BSU to a DC-link, The BSU is a compact type integrated battery cell monitoring and balancing, characterized in that for electrically insulating between the battery cell and the BDU. Provide the device.
본 발명은 전기차, 전기자전거, 드론, 이동 로봇, ESS(Energy Storage System) 등 배터리를 사용하는 시스템에 적용가능 하다. The present invention is applicable to a system using a battery such as an electric vehicle, an electric bicycle, a drone, a mobile robot, an ESS (Energy Storage System).
상기 BSU는, 상기 배터리 셀 양단과 연결된 제1-1연결부, 상기 BDU와 연결된 제1-2연결부, 상기 제1-1연결부와 제1-2연결부간을 전기적으로 절연시키는 하나의 트랜스포머, 상기 트랜스포머와 연결되고, 상기 배터리 셀 상태 정보와 상기 배터리 셀 에너지를 포함한 상기 전기신호를 생성하는 제1스위치 및 상기 제1스위치를 제어하는 서브 제어부를 포함하는 것이 바람직하다. The BSU may include a first-first connection part connected to both ends of the battery cell, a first-second connection part connected to the BDU, a transformer electrically insulating the first-first connection part and the first-second connection part, and the transformer. And a first control unit for generating the electrical signal including the battery cell state information and the battery cell energy, and a sub control unit for controlling the first switch.
상기 BDU는, 상기 BSU와 연결된 제2-1연결부, DC-링크에 연결된 제2-2연결부, 상기 제어장치에 연결된 제2-3연결부, 상기 제2-1연결부의 제1단자와 상기 제2-2연결부사이에 구비되고, 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)의 전위가 상기 제2-2연결부(670)의 전위보다 높은 경우, 상기 제2-1연결부의 제1단자와 상기 제2-2연결부를 연결하여 상기 배터리 셀의 에너지를 상기 DC-링크로 전달하는 제1반도체 소자, 상기 제2-1연결부의 제1단자와 상기 제2-3연결부사이에 구비되고, 상기 제2-1연결부의 제1단자의 전위가 상기 제2-1연결부의 제2단자의 전위와 같거나 낮은 경우, 수신한 상기 전기신호에 기초한 통신 신호를 상기 제어장치에 전달하는 통신신호 추출부를 포함하는 것, 상기 제2-1연결부의 제2단자는 제어 전원의 그라운드인 GND와 연결된 것, 및 상기 DC-링크는 정전압원에 연결된 것이 바람직하다. The BDU includes a 2-1 connector connected to the BSU, a 2-2 connector connected to a DC-link, a 2-3 connector connected to the control device, a first terminal of the 2-1 connector and the second connector; When the potential of the
여기서, 상기 정전압원은 배터리, 커패시터, 컨버터, 에너지 저장장치 등 일 수 있고, 제어장치(400)의 제어 전원으로 사용될 수 있으며, 균등장치의 대상이 되는 배터리가 아닌 별도의 배터리일 수 있다. Here, the constant voltage source may be a battery, a capacitor, a converter, an energy storage device, or the like, may be used as a control power source of the
상기 트랜스포머는, 1차측 권선과 2차측 권선이 전기적으로 절연되어 있고, 상기 제1스위치가 ON되면 상기 BSU의 제2연결부의 제1단자의 전압이 제2단자의 전압보다 낮도록 1차측 권선과 2차측 권선이 역방향으로 구성되고, 상기 제1스위치의 일측은 상기 트랜스포머의 1차측 권선의 일측과 연결되며, 상기 제1스위치의 타측은 상기 배터리 셀의 음극과 연결되는 것이 바람직하다. The transformer may be electrically insulated from the primary winding and the secondary winding, and when the first switch is turned on, the voltage of the first winding may be lower than that of the second terminal of the second connection of the BSU. The secondary winding is configured in the reverse direction, one side of the first switch is connected to one side of the primary side winding of the transformer, the other side of the first switch is preferably connected to the negative electrode of the battery cell.
상기 통신신호 추출부는 제2스위치와 통신신호 추출 다이오드를 포함하고, 상기 통신신호 추출 다이오드의 캐소드는 상기 제2-1연결부의 제1단자와 연결되며, 상기 통신신호 추출 다이오드의 애노드는 상기 제2스위치와 연결되고, 상기 제2스위치는, Bi-Polar 트랜지스터로서, 콜렉터는 상기 제2-3연결부와 연결되고, 베이스는 상기 GND와 연결되며, 에미터는 상기 통신신호 추출 다이오드와 연결된 것이 바람직하다. The communication signal extraction unit includes a second switch and a communication signal extraction diode, a cathode of the communication signal extraction diode is connected to the first terminal of the second-first connection unit, and an anode of the communication signal extraction diode is connected to the second terminal. Preferably, the second switch is a Bi-Polar transistor, a collector is connected to the 2-3 connection part, a base is connected to the GND, and an emitter is connected to the communication signal extraction diode.
상기 BDU는, 상기 제2-1연결부의 제1단자와 상기 GND 사이에 구비된 신호전달용 제1저항 및 상기 제2-3연결부와 제어 전원인 VDD 사이에 구비된 신호전달용 제2저항을 더 포함하고, 상기 BSU는, 제1-2연결부의 양단 사이에 출력 필터부를 더 포함하는 것이 바람직하다. The BDU may include a first resistor for signal transmission provided between the first terminal of the second-1 connector and the GND and a second resistor for signal transmission provided between the second connector and VDD. The BSU further includes an output filter unit between both ends of the first-second connection unit.
상기 서브 제어부는, 상기 배터리 셀 상태 정보를 기초로 상기 통신 메시지를 생성하고, 상기 통신 메시지를 기초로 제1코드를 생성하며, 상기 배터리 셀의 방전 필요 여부 판단 결과를 기초로 제2코드를 생성하고, 상기 제1코드와 제2코드를 기초로 상기 제1스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 on 또는 off 시키고, 상기 제2코드에 의한 제1스위치의 on 유지시간이, 상기 제1코드에 의한 제1스위치의 on 유지시간에 비해서 큰 것이 바람직하다. The sub controller generates the communication message based on the battery cell state information, generates a first code based on the communication message, and generates a second code based on a result of determining whether the battery cell needs to be discharged. The first switch is turned on or off in a pulse width modulation (PWM) manner based on the first code and the second code, and the on hold time of the first switch by the second code is equal to the first code. It is preferable to be larger than the on-hold time of the first switch.
상기 제1반도체 소자는 다이오드이고, 상기 제1반도체 소자의 애노드는 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 연결되며, 상기 제1반도체 소자의 캐소드는 상기 제2-2연결부와 연결되는 것이 바람직하다. The first semiconductor element is a diode, an anode of the first semiconductor element is connected to the
상기 서브 제어부는, 상기 배터리 셀 상태 정보를 기초로 상기 배터리 셀의 방전 필요 여부를 판단하는 것이 바람직하다. Preferably, the sub controller determines whether the battery cell needs to be discharged based on the battery cell state information.
또 다른 실시예로서, 상기 BDU는, 상기 제어장치와 연결되고, 상기 제어장치로부터 BSU 동작 제어 신호를 수신하는 제2-4연결부을 더 포함하고, 상기 BSU 동작 제어 신호는 상기 BSU를 기동시키는 기동 요청 모드, 배터리 셀 상태 정보 전송을 지시하는 정보 요청 모드, 배터리 셀을 방전시키는 방전 요청 모드, 대기 상태 진입 요청 모드 중 적어도 하나의 모드 정보를 포함하는 것이 바람직하다. In another embodiment, the BDU further includes a 2-4 connection unit connected to the control device and receiving a BSU operation control signal from the control device, wherein the BSU operation control signal is a start request for starting the BSU. The mode information may include at least one mode information of a mode, an information request mode indicating a transmission of battery cell state information, a discharge request mode for discharging the battery cell, and a standby state entry request mode.
상기 제1반도체 소자는, 병렬로 연결된 환류 다이오드를 포함한 MOSFET이거나 IGBT일 수 있고, 상기 제1반도체 소자의 드레인은 제2-1연결부의 제1단자와 연결되고, 상기 제1반도체 소자의 소스는 상기 제2-2연결부와 연결되며, 상기 제1반도체 소자의 게이트는 상기 제2-4연결부와 연결되는 것이 바람직하다. The first semiconductor device may be a MOSFET including an flyback diode connected in parallel, or an IGBT, the drain of the first semiconductor device may be connected to the first terminal of the second-first connection, and the source of the first semiconductor device may be It is preferably connected to the 2-2 connection portion, the gate of the first semiconductor element is preferably connected to the 2-4 connection portion.
상기 BSU는, 상기 서브 제어부와 상기 제1스위치의 게이트 사이에 구비된 게이트 드라이브 및 상기 게이트 드리이브와 상기 서브 제어부가 연결된 제1노드와 상기 제1스위치의 드레인 사이에 구비된 제1수신 회로 및 상기 제1노드와 상기 배터리 셀의 양극사이에 구비된 제2수신회로를 더 포함하는 것이 바람직하다. The BSU may include a gate drive provided between the sub controller and a gate of the first switch, and a first receiving circuit provided between the first node to which the gate drive and the sub controller are connected and the drain of the first switch. It is preferable to further include a second receiving circuit provided between the first node and the positive electrode of the battery cell.
상기 제1수신 회로는 커패시터와 저항으로 구성될 수 있고, 상기 제2수신 회로는 저항일 수 있다. The first receiving circuit may be composed of a capacitor and a resistor, and the second receiving circuit may be a resistor.
상기 제1반도체 소자는, 상기 제어장치로부터 상기 제2-4연결부를 통해 수신된 상기 BSU 동작 제어 신호에 따라 상기 제2-1연결부, 상기 제1-2연결부 및 제1수신 회로를 통해서 상기 BSU의 서브 제어부에 상기 BSU 동작 제어 신호를 전달하는 것이 바람직하다. The first semiconductor element may be connected to the BSU through the second-first connection unit, the first-second connection unit, and the first receiving circuit according to the BSU operation control signal received from the controller through the second-fourth connection unit. It is preferable to transmit the BSU operation control signal to the sub-controller of the.
상기 서브 제어부는, 상기 BSU 동작 제어 신호를 수신하고, 상기 BSU 동작 제어 신호에 따라서, 대기 모드에서 동작 모드로 전환하거나, 상기 배터리 셀 상태 정보를 생성하여 상기 BDU을 통해 상기 제어장치에 전송하거나, 상기 배터리 셀을 방전시키거나, 대기 모드로 진입하는 것이 바람직하다. The sub controller may receive the BSU operation control signal, change from a standby mode to an operation mode according to the BSU operation control signal, generate the battery cell state information, and transmit the battery cell state information to the control device through the BDU; It is preferable to discharge the battery cell or to enter a standby mode.
상기 서브 제어부는, 상기 BSU 동작 제어 신호에 따른 동작을 실시한 이후에, 대기 모드로 진입하는 것이 바람직하다. Preferably, the sub controller enters a standby mode after performing an operation according to the BSU operation control signal.
상기 시스템은, 상기 BDU과 연결된 제어장치와, 상기 BDU와 연결되고 상기 BSU가 상기 BDU을 통해서 전달한 상기 배터리 셀의 에너지를 저장하는 에너지 저장장치를 더 포함하는 것이 바람직하다. The system preferably further includes a control device connected to the BDU, and an energy storage device connected to the BDU and storing energy of the battery cell delivered by the BSU through the BDU.
본 발명은, 제어장치(400)가, (a)복수의 배터리 셀 중 하나인 n번째 배터리를 선택하는 단계; (b) 상기 n번째 배터리 셀의 BDU(BDUn)을 통해서 상기 n번째 배터리 셀의 BSU(BSUn)에 기동 요청 신호를 전송하는 단계; 상기 BSU가, (c) 상기 기동 요청 신호를 수신하면 대기모드에서 동작모드로 전환하는 단계; (d) 상기 배터리 셀의 상태 정보를 전송하는 단계를 특징으로 하는 제어방법을 제공한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method including: (a) selecting an n-th battery, which is one of a plurality of battery cells; (b) transmitting a start request signal to a BSU (BSUn) of the nth battery cell through a BDU (BDUn) of the nth battery cell; (C) when the BSU receives the start request signal, switching from a standby mode to an operation mode; and (d) transmitting the state information of the battery cell.
상기 (d) 단계 이후에, 상기 제어장치(400)는, (e) 복수의 배터리 셀의 상태 정보 집합을 기초로 배터리 셀들의 균등충전을 위해 상기 n번째 배터리 셀을 방전 수행 여부를 판단하는 단계, (f) 상기 판단 결과에 따라, 상기 BDU를 통해서 상기 BSU에게 방전 요청 신호를 전송하는 단계, 상기 BSU는, (g) 상기 방전 요청 신호를 받으면, 방전 펄스 및 배터리 셀 상태 정보 데이터 펄스 제어를 하는 단계, (h) 상기 BDU를 통해서 상기 제어장치(400)에는 상기 배터리 셀 상태 정보를 전송하고, 상기 에너지 저장장치에는 상기 배터리 셀의 에너지를 전달하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. After the step (d), the
상기 (h) 단계 이후에, 상기 BSU는 대기모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. After the step (h), it is preferable that the BSU further comprises the step of switching to the standby mode.
상기 (d) 단계에서, 상기 배터리 셀 상태 정보는 상기 대기모드로 진입하기 전에 저장된 이전 동작 시점의 배터리 셀 상태 정보인 것이 바람직하다. In the step (d), the battery cell state information is preferably battery cell state information of a previous operation time stored before entering the standby mode.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention as described above has the following advantages.
(1) 복수의 배터리 셀들 간의 불균형을 간단한 회로 구성을 이용해서 해소하는 효과가 있다. (1) There is an effect of eliminating an imbalance between a plurality of battery cells by using a simple circuit configuration.
(2) 하나의 트랜스포머와 하나의 스위치(제1스위치)만을 이용하여, 배터리 셀과 제어부 및 제어전원 사이의 배터리 상태 정보에 대한 절연된 통신과 배터리 셀 방전을 위해 에너지를 전달함으로써, 복수의 트랜스포머와 복수의 스위치를 사용하는 종래 방식에 비해서 부품수 저감, 재료비 절감, 크기 축소, 와이어링 감소, 시스템 간소화 가능한 효과가 있다. (2) By using only one transformer and one switch (first switch) to transfer energy for battery cell discharge and insulated communication of battery state information between the battery cell, the control unit and the control power supply, a plurality of transformers Compared with the conventional method using a plurality of switches, it is possible to reduce the number of parts, reduce the material cost, reduce the size, reduce the wiring, and simplify the system.
(3) DC-링크에 배터리, 커패시터, 컨버터, 에너지 저장장치 등의 정전압원을 연결함으로써, 하나의 스위치와 하나의 트랜스포머만으로 배터리 셀 정보에 대한 통신과 배터리 셀 방전을 위한 에너지 전달을 동시에 할 수 있는 효과가 있다. (3) By connecting constant voltage sources such as batteries, capacitors, converters, and energy storage devices to the DC-link, only one switch and one transformer can communicate the battery cell information and transmit energy for battery cell discharge at the same time. It has an effect.
(4) 실시 형태1의 경우, BSU의 서브 제어부가 배터리 셀 상태 정보를 생성하고, 또한 방전 필요 여부를 자체적으로 판단하여, 그 판단 결과를 기초로 방전을 시키는 특징으로 인하여 시스템을 간단하게 만들고, 재료비를 절감시키는 효과를 나타낼 수 있다. (4) In the case of
(5) 실시 형태2의 경우, 제어장치(400)에서 BDU를 통해서 BSU를 기동(대기모드에서 동작 모드로 전환)시키거나, 배터리 셀 상태 정보를 전송하도록 하거나, 배터리 셀을 방전시키도록 하거나, 대기 모드로 전환시키는 BSU동작 제어 신호를 전송함으로써, 복수의 배터리 셀의 상태의 균일성을 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다. (5) In the second embodiment, the
(6) 필요에 따라 BSU를 대기모드를 전환함으로써, BSU구동에 따른 배터리 소모량을 최소화 함으로써 시스템 효율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다. (6) By switching the standby mode of the BSU as needed, there is an effect that can improve the system efficiency by minimizing the battery consumption according to the BSU operation.
(7) 복수의 BSU 중에 특정 BSU만을 기동시켜 동작시킴으로써, 배터리 소모량을 최소화 시킬 수 있는 효과가 있다. (7) By operating only a specific BSU among a plurality of BSUs, there is an effect of minimizing battery consumption.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1a는 종래의 배터리 셀 모니터링부와 양방향 DC-DC컨버터를 별도로 구비한 능동 배터리 셀 밸런싱 시스템을 도시한 것이다.
도 1b는 종래의 절연된 배터리 셀 모니터링부와 절연된 DC-DC컨버터를 구비한 능동 배터리 셀 밸런싱 시스템을 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치의 구성 일례이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 BSU(Battery Sensing Unit)와 BDU(BSU Drive Unit)의 회로 및 연결관계를 나타낸 회로도이다.
도 3은 도 2b에 도시된 본 발명에 따른 BSU(Battery Sensing Unit)와 BDU(BSU Drive Unit)의 각 부위 신호 파형을 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치의 구성의 또 다른 일례이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명에 따른 BSU(Battery Sensing Unit)와 BDU(BSU Drive Unit)의 회로 및 연결관계를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치의 제어 방법을 나타낸 신호 흐름도이다. The features, advantages and technical and industrial significance of exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate like elements.
1A illustrates an active battery cell balancing system having a conventional battery cell monitoring unit and a bidirectional DC-DC converter separately.
1B illustrates an active battery cell balancing system having a DC-DC converter insulated from a conventional insulated battery cell monitoring unit.
2A is an example of configuration of a compact type integrated battery cell monitoring and balancing device according to the present invention.
FIG. 2B is a circuit diagram illustrating a circuit and a connection relationship between a battery sensing unit (BSU) and a BSU drive unit (BDU) according to the present invention shown in FIG. 2A.
FIG. 3 illustrates signal waveforms of respective parts of a battery sensing unit (BSU) and a BSU drive unit (BDU) according to the present invention shown in FIG. 2B.
4A is another example of the configuration of a compact type integrated battery cell monitoring and balancing device according to the present invention.
4B is a circuit diagram illustrating a circuit and a connection relationship between a battery sensing unit (BSU) and a BSU drive unit (BDU) according to the present invention shown in FIG. 4A.
5 is a signal flowchart illustrating a control method of a compact type integrated battery cell monitoring and balancing device according to the present invention.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시 예를 통하여 보다 분명해질 것이다.Objects, features, and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.The following specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments in accordance with the concepts of the invention, and embodiments in accordance with the concepts of the invention may be embodied in various forms and are described in this specification or the application. It should not be construed as limited to the embodiments.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments according to the concept of the present invention may be variously modified and may have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the specification or the application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. Terms such as first and / or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, the first component may be called a second component, and For example, the second component may also be referred to as a first component.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "～사이에"와 "바로 ～사이에" 또는 "～에 인접하는"과 "～에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions to describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between," or "adjacent to," and "directly adjacent to," should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers, It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
[실시 형태 1]
도 2a는 본 발명에 따른 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치의 구성의 실시예를 도시하였고, 도 2b는 도 2a에 도시된 BSU(Battery Sensing Unit)와 BDU(BSU Drive Unit)의 회로 및 연결관계를 나타낸 회로도의 실시예를 도시하였다. FIG. 2A illustrates an embodiment of a configuration of a compact type integrated battery cell monitoring and balancing device according to the present invention, and FIG. 2B illustrates a circuit and connection of a battery sensing unit (BSU) and a BSU drive unit (BDU) shown in FIG. 2A. An embodiment of a circuit diagram showing the relationship is shown.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치로서, 배터리 셀 상태를 모니터링 하거나, 배터리 셀을 방전시키기 위해서 배터리 셀의 에너지를 전달하는 BSU(Battery Sensing Unit, 500)와; 상기 BSU(500)로부터 전달받은 배터리 셀 상태 정보를 외부에 구비된 제어장치(400)에 전달하거나, 상기 BSU(500)로부터 전달받은 배터리 셀의 에너지를 DC-링크에 전달하는 BDU(BSU Drive Unit, 600)를 포함할 수 있다. As shown in Figures 2a and 2b, the present invention is a compact integrated battery cell monitoring and balancing device, battery sensing to transfer the energy of the battery cell to monitor the battery cell status or to discharge the battery cell (BSU) Unit, 500); BSU drive unit which transfers the battery cell state information received from the
상기 BSU(500)는, 배터리 셀(100)의 양단 전압과 배터리 셀의 온도 중 적어도 하나를 포함한 배터리 셀 상태 정보에 기초한 통신 메시지를 생성하고, 상기 통신 메시지를 기초로 전기신호를 출력하며, 소정의 방전 조건이 만족되는 경우, 상기 배터리 셀을 방전시키기 위해서 상기 전기신호에 상기 배터리 셀의 에너지 전달하기 위한 신호를 추가하여, 하나의 전기신호로 배터리 셀 상태 정보와 배터리 셀 에너지를 동시에 전달할 수 있으며, 상기 배터리 셀(100)과 상기 BDU(600)간을 전기적으로 절연시킬 수 있다. The
여기서, 배터리 셀의 온도 정보는 배터리 셀 근방에 구비된 온도센서로부터 얻을 수 있고, 배터리 셀의 전압 정보는 배터리 셀 양단 전압을 측정하는 전압 센서로부터 또는 배터리 셀 양단과 연결된 서브 제어부의 A/D컨버터로부터 얻을 수 있다. Here, the temperature information of the battery cell may be obtained from a temperature sensor provided near the battery cell, and the voltage information of the battery cell may be obtained from a voltage sensor measuring a voltage across the battery cell or an A / D converter of a sub controller connected to both ends of the battery cell. Can be obtained from
상기 소정의 방전 조건은 측정된 배터리 셀 전압이 정해진 소정의 기준 전압 값 보다 큰 조건이거나, 측정된 배터리 셀 온도가 정해진 소정의 기준 온도 값보다 큰 조건이거나, 배터리 셀 전압이 배터리 셀 온도별로 정해진 소정의 기준 전압 값 보다 큰 조건이거나, 배터리 온도가 배터리 셀 전압별로 정해진 소정의 기준 온도 값보다 큰 조건, 또는 위 조건들의 조합일 수 있다. The predetermined discharge condition is a condition in which the measured battery cell voltage is greater than a predetermined reference voltage value, a measured battery cell temperature is greater than a predetermined reference temperature value, or a predetermined battery cell voltage is determined for each battery cell temperature. The condition may be greater than a reference voltage value of, or a condition in which the battery temperature is greater than a predetermined reference temperature value determined for each battery cell voltage, or a combination of the above conditions.
또한, 상기 소정의 방전 조건은 복수의 배터리 셀 전압들 또는 온도들과 선택된 배터리 셀의 전압 또는 온도를 기초로 정해질 수 있다. 예를 들어, 선택된 배터리 셀의 전압이 복수의 배터리 셀 전압들의 평균값보다 소정 허용범위 이상으로 큰 경우나, 선택된 배터리 셀의 온도에 기초하여 보정된 선택된 배터리 셀 전압의 보정 값이 나머지 배터리 셀들의 전압의 평균값과 비교하여 허용범위 이상으로 큰 경우 등 배터리 셀들간 상태가 균등하지 못한 조건을 포함한다.In addition, the predetermined discharge condition may be determined based on the plurality of battery cell voltages or temperatures and the voltage or temperature of the selected battery cell. For example, when the voltage of the selected battery cell is larger than the average value of the plurality of battery cell voltages by more than a predetermined allowable range, or the correction value of the selected battery cell voltage corrected based on the temperature of the selected battery cell is the voltage of the remaining battery cells. Compared to the average value of the above, the condition includes a condition where the state of the battery cells is not equal, such as larger than the allowable range.
상기 BSU(500)는, 상기 배터리 셀(100) 양단(양극 및 음극)과 연결된 제1-1연결부(580), 상기 BDU(600)와 연결된 제1-2연결부(591, 592), 상기 제1-1연결부(580)와 제1-2연결부(591, 592)간을 전기적으로 절연시키고 상기 배터리 셀 상태 정보 전달 및 상기 배터리 셀 에너지 방전을 위한 상기 전기 신호를 상기 제1-1연결부(580) 측으로부터 제1-2연결부(591, 592) 측으로 전달하는 트랜스포머(520), 상기 트랜스포머(520)와 연결되고, 상기 배터리 셀 상태 정보와 상기 배터리 셀 에너지 중 적어도 하나를 포함한 상기 전기신호를 생성하는 제1스위치(530), 및 상기 제1스위치(530)를 제어하는 서브 제어부(540)를 포함할 수 있다. The
또한, 상기 BSU(500)는, 상기 배터리 셀(100) 양단(양극 및 음극)과 연결된 제1-1연결부(580), 상기 BDU(600)와 연결된 제1-2연결부(591, 592), 상기 제1-1연결부(580)와 제1-2연결부(591, 592)간을 전기적으로 절연시키는 하나의 트랜스포머(520), 상기 트랜스포머(520)과 연결되고, 상기 배터리 셀 상태 정보와 상기 배터리 셀 에너지를 포함한 상기 전기신호를 생성하는 제1스위치(530), 및 상기 제1스위치(530)를 제어하는 서브 제어부(540)를 포함할 수 있다. In addition, the
이러한 회로 구조는, 하나의 트랜스포머와 하나의 스위치(제1스위치)만을 이용하여, 배터리 셀과 제어부(400) 및 제어전원 사이의 배터리 상태 정보에 대한 절연된 통신과 배터리 셀 방전을 위해 에너지를 전달함으로써, 복수의 트랜스포머와 복수의 스위치를 사용하는 종래 방식에 비해서 부품수 저감, 재료비 절감, 크기 축소, 와이어링 감소, 및 시스템을 간소화할 수 있는 효과가 있다. This circuit structure uses only one transformer and one switch (first switch) to transfer energy for battery cell discharge and isolated communication of battery state information between the battery cell, the
상기 BDU(600)는, 상기 BSU(500)와 연결된 제2-1연결부(661, 662), DC-링크에 연결된 제2-2연결부(670), 외부 제어장치(400)에 연결된 제2-3연결부(680), 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 상기 제2-2연결부(670)사이에 구비되고, 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)의 전위가 상기 제2-2연결부(670)의 전위보다 높은 경우, 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 상기 제2-2연결부(670)를 연결하여 상기 배터리 셀의 에너지를 상기 DC-링크로 전달하는 제1반도체 소자(610), 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 상기 제2-3연결부(670)사이에 구비되고, 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)의 전위가 상기 제2-1연결부의 제2단자(662)의 전위와 같거나 낮은 경우, 수신한 상기 전기신호에 기초한 통신 신호를 상기 제어장치(400)에 전달하는 통신신호 추출부(620)를 포함하고, 상기 제2-1연결부의 제2단자(662)는 제어 전원의 그라운드인 GND와 연결되고, 상기 DC-링크는 정전압원에 연결될 수 있다. The
도 3에 도시된 바와 같이, 제1스위치(530)의 ON구간 동안 정전압원(또는 에너지 저장장치)에 연결된 제2-2연결부(670) 및 DC-링크에 정전압원에 의한 전위가 형성되어 있으므로, 제1반도체 스위치에 의해서 제2-2연결부(670) 및 DC-링크와 제2-1연결부의 제1단자(661)간 전기적 연결이 차단되고, 통신신호 추출부(620)의 통신신호 추출 다이오드(622)를 통해서 통신신호로서 제2-3연결부(680)에 신호를 전달하게 된다. 반면 제1스위치(530)의 OFF 구간동안, 제1스위치(530), 트랜스포머(520) 및 제1반도체 소자(610)은 플라이백 컨버터로서 동작하여 배터리 셀 측 에너지를 DC-링크 쪽으로 전달하고, 이때, 통신신호 추출 다이오드(622)는 역으로 BIAS되서 제2-2연결부(670) 측으로는 신호가 전달되지 않는다. 여기서, 통신신호만 전달하는 경우에는 제1스위치의 ON Duty를 매우 작게 함으로써 플라이백 컨버터로서의 역할을 최소화하고 통신신호 전달 기능을 하게되고, On Duty를 길게하면, 플라이백 컨버터로서 역할을 수행하게 된다. As shown in FIG. 3, since the potential of the constant voltage source is formed in the DC link and the
따라서, DC-링크에 정전압원을 연결하는 특징이 하나의 스위치와 하나의 트랜스포머만으로 배터리 셀 정보에 대한 통신과 배터리 셀 방전을 위한 에너지 전달을 동시에 할 수 있는 효과를 발생시키는 것이다. Therefore, the feature of connecting the constant voltage source to the DC-link is to generate the effect of the communication of the battery cell information and the energy transfer for the battery cell discharge at the same time with only one switch and one transformer.
여기서, 상기 정전압원은 배터리, 커패시터, 컨버터, 에너지 저장장치 등 일 수 있고, 제어장치(400)의 제어 전원으로 사용될 수 있으며, 균등장치의 대상이 되는 배터리가 아닌 별도의 배터리일 수 있다. Here, the constant voltage source may be a battery, a capacitor, a converter, an energy storage device, or the like, may be used as a control power source of the
상기 트랜스포머(520)는, 1차측 권선과 2차측 권선이 전기적으로 절연되어 있고, 상기 제1스위치(530)가 ON되면 상기 BSU(500)의 제2연결부의 제1단자(591)의 전압이 제2단자(592)의 전압보다 낮도록 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선이 역방향으로 구성되고, 상기 제1스위치(530)의 일측은 상기 트랜스포머(520)의 1차측 권선의 일측과 연결되고, 상기 제1스위치(530)의 타측은 상기 배터리 셀의 음극과 연결될 수 있다. The
상기 통신신호 추출부(620)는 제2스위치(621)와 통신신호 추출 다이오드(622)를 포함하고, 상기 통신신호 추출 다이오드(622)의 캐소드는 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 연결되고, 상기 통신신호 추출 다이오드(622)의 애노드는 상기 제2스위치(621)와 연결되며, 상기 제2스위치(621)는, Bi-Polar 트랜지스터로서, 콜렉터는 상기 제2-3연결부(680)와 연결되고, 베이스는 상기 GND와 연결되며, 에미터는 상기 통신신호 추출 다이오드(622)와 연결될 수 있다. The communication
상기 BDU(600)는, 상기 BDU(600)의 제1연결부의 일단자와 상기 GND 사이에 구비된 신호전달용 제1저항(640), 및 상기 제2-3연결부(RxD, 680)와 제어 전원인 VDD 사이에 구비된 신호전달용 제2저항(650)을 더 포함한 것, 상기 BSU(500)는, 제1-2연결부의 양단(591, 592) 사이에 출력 필터부(510)를 더 포함할 수 있다. The
상기 서브 제어부(540)는, 상기 배터리 셀 상태 정보를 기초로 상기 통신 메시지를 생성하고, 상기 통신 메시지를 기초로 제1코드를 생성하며, 상기 배터리 셀의 방전 필요 여부 판단 결과를 기초로 제2코드를 생성하고, 상기 제1코드와 제2코드를 기초로 상기 제1스위치(530)를 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 on 또는 off 시키는 것, 상기 제2코드에 의한 제1스위치의 on 유지시간이, 상기 제1코드에 의한 제1스위치의 on 유지시간에 비해서 클 수 있다. The
상기 제1반도체 소자(610)는 다이오드이고, 상기 제1반도체 소자(610)의 애노드는 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 연결되고, 상기 제1반도체 소자(610)의 캐소드는 상기 제2-2연결부(Pxi, 670)와 연결될 수 있다. The
상기 서브 제어부(540)는, 상기 배터리 셀 상태 정보를 기초로 상기 배터리 셀의 방전 필요 여부를 판단할 수 있다. The
[실시 형태 2]
도 4a와 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 BDU(600)는, 상기 제어장치(400)와 연결되고, 상기 제어장치(400)로부터 BSU 동작 제어 신호를 수신하는 제2-4연결부(690)을 더 포함하고, 상기 BSU 동작 제어 신호는 상기 BSU(500)를 기동시키는 기동 요청 모드, 배터리 셀 상태 정보 전송을 지시하는 정보 요청 모드, 배터리 셀을 방전시키는 방전 요청 모드, 대기 상태 진입 요청 모드 중 적어도 하나의 모드 정보를 포함할 수 있다. As shown in Figure 4a and 4b, the BDU (600) of the present invention is connected to the
상기 제1반도체 소자(610)는, 병렬로 연결된 환류 다이오드를 포함한 MOSFET이고, 상기 제1반도체 소자(610)의 드레인은 제2-1연결부의 제1단자(661)와 연결되며, 상기 제1반도체 소자(610)의 소스는 상기 제2-2연결부(670)와 연결되고, 상기 제1반도체 소자(610)의 게이트는 상기 제2-4연결부(690)와 연결될 수 있다. The
상기 BSU(500)는, 상기 서브 제어부(540)와 상기 제1스위치(530)의 게이트 사이에 구비된 게이트 드라이브(550), 및 상기 게이트 드리이브(550)와 상기 서브 제어부(540)가 연결된 제1노드와 상기 제1스위치(530)의 드레인 사이에 구비된 제1수신 회로(560), 및 상기 제1노드와 상기 배터리 셀의 양극사이에 구비된 제2수신회로(564)을 더 포함할 수 있다. The
상기 제1수신 회로(560)는 커패시터(562)와 저항(563)으로 구성될 수 있고, 상기 제2수신 회로(564)는 저항일 수 있다. The
상기 제1반도체 소자(610)는, 상기 제어장치(400)으로부터 상기 제2-4연결부(690)를 통해 수신된 상기 BSU 동작 제어 신호에 따라 상기 제2-1연결부(661, 662), 상기 제1-2연결부(591, 592), 및 제1수신 회로(560)를 통해서 상기 BSU(500)의 서브 제어부(540)에 상기 BSU 동작 제어 신호를 전달할 수 있다. The
상기 서브 제어부(540)는, 상기 BSU 동작 제어 신호를 수신하고, 상기 BSU 동작 제어 신호에 따라서, 대기(Sleep) 모드에서 동작(Active) 모드로 전환하거나, 상기 배터리 셀 상태 정보를 생성하여 상기 BDU(600)을 통해 상기 제어장치(400)에 전송하거나, 상기 배터리 셀을 방전시키거나, 대기(Sleep) 모드로 진입할 수 있다. The
제어장치(400)에서 BDU를 통해서 BSU를 기동(대기모드에서 동작 모드로 전환)시키거나, 배터리 셀 상태 정보를 전송하도록 하거나, 배터리 셀을 방전시키도록 하거나, 대기 모드로 전환시키는 BSU동작 제어 신호를 전송하는 위와 같은 특징은 복수의 배터리 셀의 상태의 균일성을 정밀하게 제어할 수 있는 효과를 나타낸다.BSU operation control signal for starting the BSU (switching from the standby mode to the operating mode), transmitting the battery cell status information, discharging the battery cell, or switching to the standby mode through the BDU in the
상기 서브 제어부(540)는, 상기 BSU 동작 제어 신호에 따른 동작을 실시한 이후에, 대기(Sleep) 모드로 진입할 수 있다. 이러한, 특징은 필요에 따라 BSU를 대기모드를 전환함으로써, BSU구동에 따른 배터리 소모량을 최소화함으로써 시스템 효율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다. The
[실시 형태 3] Embodiment 3
본 발명의 시스템은, 상기 BDU(600)와 연결된 제어장치(400), 상기 BDU(600)와 연결되고, 상기 BSU(500)가 상기 BDU(600)을 통해서 전달한 상기 배터리 셀의 에너지를 저장하는 에너지 저장장치(900)을 더 포함할 수 있다. The system of the present invention, the
[실시 형태 4] Embodiment 4
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어방법은, 제어장치(400)가, (a)복수의 배터리 셀 중 하나인 n번째 배터리를 선택하는 단계 (b) 상기 n번째 배터리 셀의 BDU(BDUn)을 통해서 상기 n번째 배터리 셀의 BSU(BSUn)에 기동 요청 신호를 전송하는 단계, 상기 BSU이, (c) 상기 기동 요청 신호를 수신하면 대기모드에서 동작모드로 전환하는 단계, (d) 상기 배터리 셀의 상태 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 특징은 필요한 경우에만 특정 BSU를 동작시킴으로써, 배터리 소모량을 최소화 시킬 수 있는 효과가 있다. As shown in Figure 5, the control method of the present invention, the
여기서, (d)단계에서 전송하는 배터리 셀의 상태 정보는 이전 동작모드에서 생성된 배터리 셀의 상태 정보이거나, 기동 요청 신호를 수신한 후 생성된 배터리 셀의 상태 정보일 수 있다. Here, the state information of the battery cell transmitted in step (d) may be the state information of the battery cell generated in the previous operation mode or the state information of the battery cell generated after receiving the start request signal.
이전 동작모드에서 생성된 배터리 셀의 상태 정보를 이용하면 대기모드에서 동작모드로 전환되는 즉시 이전에 저장된 배터리 셀 상태 정보를 전달함으로써 단시간에 셀 균등 조치를 취할 수 있는 효과가 있다. Using the state information of the battery cells generated in the previous operation mode has the effect of taking cell equalization measures in a short time by transferring the previously stored battery cell state information as soon as the transition from the standby mode to the operation mode.
기동 요청 신호를 수신한 후 생성된 배터리 셀의 상태 정보를 이용하면, 동작 시작 시점의 보다 정확한 배터리 셀의 상태 정보를 취득할 수 있는 효과가 있다. By using the state information of the battery cell generated after receiving the start request signal, it is possible to obtain more accurate state information of the battery cell at the start of operation.
어떤 정보를 이용할지 여부는 특정 BSU의 동작 주기시간이 짧으면, 이전 동작모드에서 생성된 배터리 셀의 상태 정보를 이용하는 것이 바람직하고, 특정 BSU의 동작 주기시간이 길면, 기동 요청 신호를 수신한 후 생성된 배터리 셀의 상태 정보를 이용하는 것이 바람직 할 수 있다. It is preferable to use the state information of the battery cell generated in the previous operation mode when the operation cycle time of a specific BSU is short, and to determine what information is used. When the operation cycle time of a specific BSU is long, it is generated after receiving a start request signal. It may be desirable to use state information of the battery cells.
상기 (d) 단계 이후에, 상기 제어장치(400)는, (e) 복수의 배터리 셀의 상태 정보 집합을 기초로 배터리 셀들의 균등충전을 위해 상기 n번째 배터리 셀을 방전 수행 여부를 판단하는 단계, (f) 상기 판단 결과에 따라, 상기 BDU를 통해서 상기 BSU에게 방전 요청 신호를 전송하는 단계, 상기 BSU는 (g) 상기 방전 요청 신호를 받으면, 방전 펄스 및 배터리 셀 상태 정보 데이터 펄스 제어를 하는 단계, (h) 상기 BDU를 통해서 상기 제어장치(400)에는 상기 배터리 셀 상태 정보를 전송하고, 상기 에너지 저장장치에는 상기 배터리 셀의 에너지를 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다. After the step (d), the
상기 (h) 단계 이후에, (i) 상기 BSU는 대기모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다. After the step (h), (i) the BSU may further comprise the step of switching to the standby mode.
상기 (d) 단계에서, 상기 배터리 셀 상태 정보는 상기 대기모드로 진입하기 전에 저장된 이전 동작 시점의 배터리 셀 상태 정보일 수 있다. 이러한 특징은 대기모드에서 동작모드로 전환되는 즉시 이전에 저장된 배터리 셀 상태 정보를 전달함으로써 단시간에 셀 균등 조치를 취할 수 있는 효과가 있다. In step (d), the battery cell state information may be battery cell state information of a previous operation time point stored before entering the standby mode. This feature has the effect of taking cell equalization measures in a short time by transferring the previously stored battery cell status information as soon as the standby mode is switched to the operation mode.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and alterations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
본 발명은 절연 통신 기능이 내장된 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치, 시스템 및 그 제어방법에 대한 발명으로서, 전기차 등 분야에서 산업상 이용가능하다. The present invention relates to a compact type integrated battery cell monitoring and balancing device, a system, and a method of controlling the same, each having a built-in isolation communication function, and can be industrially used in electric vehicles and the like.
100 : 배터리 셀
200 : 배터리 센싱 모듈
300 : 양방향 DC-DC 컨버터
400 : 제어장치
500 : BSU(Battery Sensing Unit)
510 : 출력 필터부
520 : 트랜스포머
530 : 제1스위치
540 : 서브 제어부
550 : 게이트 드라이버
561 : 제너다이오드 Z
562 : 제1커패시터
563 : 제1저항
564 : 제2저항
570 : 온도 센서
580 : BSU의 제1-1연결부
591 : BSU의 제1-2연결부의 제1단자(A)
592 : BSU의 제1-2연결부의 제2단자(Com)
600 : BDU (BSU Drive Unit)
610 : 제1반도체 소자
620 : 통신신호 추출부
621 : 제2스위치
622 : 통신신호 추출 다이오드
640 : 신호전달용 제1저항
650 : 신호전달용 제2저항
661 : 제2-1연결부의 제1단자(A)
662 : 제2-1연결부의 제2단자(Com)
670 : 제2-2연결부(Pxi)
680 : 제2-3연결부(RxD)
690 : 제2-4연결부
700 : DC-링크
800 : BMS100: battery cell 200: battery sensing module
300: bidirectional DC-DC converter
400: control device 500: BSU (Battery Sensing Unit)
510: output filter 520: transformer
530: first switch 540: sub control unit
550: Gate Driver
561: Zener Diode Z
562: first capacitor 563: first resistor
564: second resistance 570: temperature sensor
580: 1-1 connection of the BSU
591: First terminal (A) of the 1-2 connection of the BSU
592: second terminal (Com) of the 1-2 connection of the BSU
600: BDU (BSU Drive Unit)
610: first semiconductor element
620: communication signal extraction unit
621: second switch 622: communication signal extraction diode
640: first resistance for signal transmission
650: second resistance for signal transmission
661: first terminal (A) of the 2-1 connecting portion
662: second terminal (Com) of the 2-1 connection
670: 2-2 connection part (Pxi)
680: 2-3 connection part (RxD)
690: 2-4 connection part 700: DC-link
800: BMS
Claims (21)
배터리 셀 상태를 모니터링 하거나, 배터리 셀을 방전시키기 위해서 배터리 셀의 에너지를 전달하는 BSU(Battery Sensing Unit, 500); 와
상기 BSU(500)로부터 전달받은 배터리 셀 상태 정보를 외부에 구비된 제어장치(400)에 전달하거나, 상기 BSU(500)로부터 전달받은 배터리 셀의 에너지를 DC-링크에 전달하는 BDU(BSU Drive Unit, 600)를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
Compact, integrated battery cell monitoring and balancing device
A battery sensing unit (BSU) 500 for monitoring energy of a battery cell or delivering energy of the battery cell to discharge the battery cell; Wow
BSU drive unit which transfers the battery cell state information received from the BSU 500 to the control device 400 provided outside, or transfers the energy of the battery cell received from the BSU 500 to the DC-link , 600);
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 BSU(500)는,
배터리 셀(100)의 양단 전압과 배터리 셀의 온도 중 적어도 하나를 포함한 배터리 셀 상태 정보에 기초한 통신 메시지를 생성하는 것;
상기 통신 메시지를 기초로 전기신호를 출력하는 것;
소정의 방전 조건이 만족되는 경우, 상기 배터리 셀을 방전시키기 위해서 상기 전기신호에 상기 배터리 셀의 에너지 전달하기 위한 신호를 추가하여, 하나의 전기신호로 배터리 셀 상태 정보와 배터리 셀 에너지를 동시에 전달하는 것; 및
상기 배터리 셀(100)과 상기 BDU(600)간을 전기적으로 절연시키는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 1,
The BSU 500 is,
Generating a communication message based on battery cell state information including at least one of a voltage across the battery cell 100 and a temperature of the battery cell;
Outputting an electrical signal based on the communication message;
When a predetermined discharge condition is satisfied, a signal for transferring energy of the battery cell is added to the electrical signal to discharge the battery cell, and simultaneously delivering battery cell state information and battery cell energy in one electrical signal. that; And
Electrically insulating between the battery cell (100) and the BDU (600);
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 BSU(500)는,
상기 배터리 셀(100) 양단(양극 및 음극)과 연결된 제1-1연결부(580),
상기 BDU(600)와 연결된 제1-2연결부(591, 592),
상기 제1-1연결부(580)와 제1-2연결부(591, 592)간을 전기적으로 절연시키고, 상기 배터리 셀 상태 정보 전달 및 상기 배터리 셀 에너지의 방전을 위한 상기 전기 신호를 상기 제1-1연결부(580) 측으로부터 제1-2연결부(591, 592) 측으로 전달하는 트랜스포머(520),
상기 트랜스포머(520)와 연결되고, 상기 배터리 셀 상태 정보와 상기 배터리 셀 에너지 중 적어도 하나를 포함한 상기 전기신호를 생성하는 제1스위치(530), 및
상기 제1스위치(530)를 제어하는 서브 제어부(540)를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 2,
The BSU 500 is,
A first-first connection part 580 connected to both ends of the battery cell 100 (anode and cathode),
First-second connection unit 591 and 592 connected to the BDU 600,
Electrically insulating the first-first connection part 580 and the first-second connection part 591 and 592 and supplying the electrical signal for transmitting the battery cell state information and discharging the battery cell energy. Transformer 520 for transmitting from the first connection portion 580 side to the first-second connection portion 591, 592,
A first switch 530 connected to the transformer 520 and generating the electrical signal including at least one of the battery cell state information and the battery cell energy, and
A sub control unit 540 for controlling the first switch 530;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 BDU(600)는,
상기 BSU(500)와 연결된 제2-1연결부(661, 662),
DC-링크에 연결된 제2-2연결부(670),
상기 제어장치(400)에 연결된 제2-3연결부(680),
상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 상기 제2-2연결부(670)사이에 구비되고, 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)의 전위가 상기 제2-2연결부(670)의 전위보다 높은 경우, 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 상기 제2-2연결부(670)를 연결하여 상기 배터리 셀의 에너지를 상기 DC-링크로 전달하는 제1반도체 소자(610),
상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 상기 제2-3연결부(680)사이에 구비되고, 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)의 전위가 상기 제2-1연결부의 제2단자(662)의 전위와 같거나 낮은 경우, 수신한 상기 전기신호에 기초한 통신 신호를 상기 제어장치(400)에 전달하는 통신신호 추출부(620)를 포함하는 것;
상기 제2-1연결부의 제2단자(662)는 제어 전원의 그라운드인 GND와 연결된 것; 과
상기 DC-링크는 정전압원 또는 에너지 저장 장치에 연결된 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 3, wherein
The BDU 600 is,
2-1 connection parts 661 and 662 connected to the BSU 500,
A second-2 connection part 670 connected to the DC-link,
A second connection part 680 connected to the control device 400,
The second terminal is provided between the first terminal 661 of the connection part 261 and the second connection part 670, the potential of the first terminal 661 of the second connection part is the second connection part 2-1. When higher than the potential of 670, a first terminal connecting the first terminal 661 of the second-first connection unit and the second-second connection unit 670 to transfer energy of the battery cell to the DC-link. Semiconductor device 610,
The second terminal is provided between the first terminal 661 of the connection part 161 and the 2-3 connection part 680, and the potential of the first terminal 661 of the 2-1 connection part is the second-1 connection part. A communication signal extracting unit 620 for transmitting a communication signal based on the received electrical signal to the control device 400 when it is equal to or lower than the potential of the second terminal 662 of the control unit;
The second terminal 662 of the second-first connection unit is connected to GND, which is the ground of the control power supply; and
The DC-link is connected to a constant voltage source or an energy storage device;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 트랜스포머(520)는,
전기적으로 절연된 1차측 권선과 2차측 권선을 포함하는 것;
상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선이 상기 제1스위치(530)가 ON되면 상기 BSU(500)의 제2연결부의 제1단자(591)의 전압이 제2단자(592)의 전압보다 낮아지도록 서로 역방향으로 구성된 것;
상기 제1스위치(530)의 일측은 상기 트랜스포머(520)의 1차측 권선의 일측과 연결되고,
상기 제1스위치(530)의 타측은 상기 배터리 셀의 음극과 연결된 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 4, wherein
The transformer 520,
Including an electrically insulated primary side winding and a secondary side winding;
When the first and second windings of the primary winding and the secondary winding are turned on, the voltage of the first terminal 591 of the second connection portion of the BSU 500 is lower than the voltage of the second terminal 592. Configured in reverse order to each other;
One side of the first switch 530 is connected to one side of the primary winding of the transformer 520,
The other side of the first switch 530 is connected to the negative electrode of the battery cell;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 통신신호 추출부(620)는
직렬로 연결된 제2스위치(621)와 통신신호 추출 다이오드(622)를 포함하는 것;
상기 통신신호 추출 다이오드(622)의 캐소드는 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 연결되고,
상기 통신신호 추출 다이오드(622)의 애노드는 상기 제2스위치(621)와 연결된 것;
상기 제2스위치(621)는,
Bi-Polar 트랜지스터로서,
콜렉터는 상기 제2-3연결부(680)와 연결되고,
베이스는 상기 GND와 연결되며,
에미터는 상기 통신신호 추출 다이오드(622)와 연결된 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 5,
The communication signal extractor 620 is
A second switch 621 and a communication signal extraction diode 622 connected in series;
The cathode of the communication signal extraction diode 622 is connected to the first terminal 661 of the second-first connection portion.
An anode of the communication signal extraction diode 622 is connected to the second switch 621;
The second switch 621 is,
As a Bi-Polar transistor,
The collector is connected to the 2-3 connecting portion 680,
The base is connected to the GND,
An emitter connected to the communication signal extraction diode 622;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 BDU(600)는,
상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 상기 GND 사이에 구비된 신호전달용 제1저항(640); 및
상기 제2-3연결부(RxD, 680)와 제어 전원인 VDD 사이에 구비된 신호전달용 제2저항(650)을 더 포함한 것;
상기 BSU(500)는,
제1-2연결부의 양단(591, 592) 사이에 출력 필터부(510)를 더 포함한 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 6,
The BDU 600 is,
A first resistor 640 for signal transmission provided between the first terminal 661 and the GND of the second-first connection unit; And
Further comprising a second resistor (650) for signal transmission provided between the second connection (RxD, 680) and the control power supply VDD;
The BSU 500 is,
Further comprising an output filter unit 510 between both ends (591, 592) of the 1-2 connection portion;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 서브 제어부(540)는,
상기 배터리 셀 상태 정보를 기초로 상기 통신 메시지를 생성하고,
상기 통신 메시지를 기초로 제1코드를 생성하며,
상기 배터리 셀의 방전 필요 여부 판단 결과를 기초로 제2코드를 생성하고,
상기 제1코드와 제2코드를 기초로 상기 제1스위치(530)를 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 on 또는 off 시키는 것;
상기 제2코드에 의한 제1스위치의 on 유지시간이,
상기 제1코드에 의한 제1스위치의 on 유지시간에 비해서 큰 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 7, wherein
The sub control unit 540,
Generate the communication message based on the battery cell state information;
Generate a first code based on the communication message,
A second code is generated based on a result of determining whether the battery cell needs to be discharged;
Turning on or off the first switch 530 in a pulse width modulation (PWM) manner based on the first code and the second code;
On hold time of the first switch by the second cord,
Greater than the on hold time of the first switch by the first cord;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 제1반도체 소자(610)는 다이오드 인 것;
상기 제1반도체 소자(610)의 애노드는 상기 제2-1연결부의 제1단자(661)와 연결된 것;
상기 제1반도체 소자(610)의 캐소드는 상기 제2-2연결부(Pxi, 670)와 연결된 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 8,
The first semiconductor element 610 is a diode;
An anode of the first semiconductor element 610 is connected to a first terminal 661 of the second-first connection portion;
A cathode of the first semiconductor element 610 is connected to the second-second connection part Pxi and 670;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 서브 제어부(540)가,
상기 배터리 셀 상태 정보를 기초로 상기 소정의 방전 조건을 만족하는지 판단하는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 9,
The sub control unit 540,
Determining whether the predetermined discharge condition is satisfied based on the battery cell state information;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 BDU(600)는,
상기 제어장치(400)와 연결되고,
상기 제어장치(400)로부터 BSU 동작 제어 신호를 수신하는 제2-4연결부(690)을 더 포함하는 것;
상기 BSU 동작 제어 신호는 상기 BSU(500)를 기동시키는 기동 요청 모드, 배터리 셀 상태 정보 전송을 지시하는 정보 요청 모드, 배터리 셀을 방전시키는 방전 요청 모드, 대기 상태 진입 요청 모드 중 적어도 하나의 모드 정보를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 8,
The BDU 600 is,
Is connected to the control device 400,
Further comprising a second to fourth connection unit 690 for receiving a BSU operation control signal from the control device 400;
The BSU operation control signal includes at least one mode information of a start request mode for starting the BSU 500, an information request mode for instructing transmission of battery cell state information, a discharge request mode for discharging a battery cell, and a standby state entry request mode. To include;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 제1반도체 소자(610)는,
병렬로 연결된 환류 다이오드를 포함한 MOSFET인 것;
상기 제1반도체 소자(610)의 드레인은 제2-1연결부의 제1단자(661)와 연결된 것;
상기 제1반도체 소자(610)의 소스는 상기 제2-2연결부(670)와 연결된 것; 및
상기 제1반도체 소자(610)의 게이트는 상기 제2-4연결부(690)와 연결된 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 11,
The first semiconductor element 610 is,
MOSFETs comprising reflux diodes connected in parallel;
A drain of the first semiconductor element 610 is connected to the first terminal 661 of the second-first connection portion;
A source of the first semiconductor element 610 is connected to the second-second connection part 670; And
A gate of the first semiconductor element 610 is connected to the second-4 connection portion 690;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 BSU(500)는,
상기 서브 제어부(540)와 상기 제1스위치(530)의 게이트 사이에 구비된 게이트 드라이브(550); 및
상기 게이트 드라이브(550)와 상기 서브 제어부(540)가 연결된 제1노드와 상기 제1스위치(530)의 드레인 사이에 구비된 제1수신 회로(560); 및
상기 제1노드와 상기 배터리 셀의 양극사이에 구비된 제2수신회로(564);
을 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 12,
The BSU 500 is,
A gate drive 550 provided between the sub controller 540 and a gate of the first switch 530; And
A first receiving circuit 560 provided between a first node to which the gate drive 550 and the sub controller 540 are connected and a drain of the first switch 530; And
A second receiving circuit 564 provided between the first node and the positive electrode of the battery cell;
Containing more
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 제1반도체 소자(610)는,
상기 제어장치(400)으로부터 상기 제2-4연결부(690)를 통해 수신된 상기 BSU 동작 제어 신호에 따라 상기 제2-1연결부(661, 662), 상기 제1-2연결부(591, 592) 및 제1수신 회로(560)를 통해서 상기 BSU(500)의 서브 제어부(540)에 상기 BSU 동작 제어 신호를 전달하는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 13,
The first semiconductor element 610 is,
The second-first connection parts 661 and 662 and the first-second connection parts 591 and 592 according to the BSU operation control signal received from the control device 400 through the second-4 connection part 690. And transmitting the BSU operation control signal to a sub controller 540 of the BSU 500 through a first receiving circuit 560.
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 서브 제어부(540)는,
상기 BSU 동작 제어 신호를 수신하고,
상기 BSU 동작 제어 신호에 따라서,
대기(Sleep) 모드에서 동작(Active) 모드로 전환하거나,
상기 배터리 셀 상태 정보를 생성하여 상기 BDU(600)을 통해 상기 제어장치(400)에 전송하거나,
상기 배터리 셀을 방전시키거나,
대기(Sleep) 모드로 진입하는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 14,
The sub control unit 540,
Receiving the BSU operation control signal,
According to the BSU operation control signal,
Switch from Sleep mode to Active mode, or
The battery cell state information is generated and transmitted to the control device 400 through the BDU 600,
Discharge the battery cell,
Entering a sleep mode;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 서브 제어부(540)는,
상기 BSU 동작 제어 신호에 따른 동작을 실시한 이후에,
대기(Sleep) 모드로 진입하는 것;
을 특징으로 하는 컴팩트 타입 통합형 배터리 셀 모니터링 및 밸런싱 장치.
The method of claim 15,
The sub control unit 540,
After performing the operation according to the BSU operation control signal,
Entering a sleep mode;
Compact integrated battery cell monitoring and balancing device.
상기 시스템은,
상기 BDU(600)와 연결된 제어장치(400),
상기 BDU(600)와 연결되고, 상기 BSU(500)가 상기 BDU(600)을 통해서 전달한 상기 배터리 셀의 에너지를 저장하는 에너지 저장장치(900)을 더 포함하는 것;
을 특징으로 하는 시스템.
17. A system comprising the compact type integrated battery cell monitoring and balancing device of any one of claims 1 to 16,
The system,
A control device 400 connected with the BDU 600,
A energy storage device (900) connected to the BDU (600) and storing the energy of the battery cell delivered by the BSU (500) through the BDU (600);
System characterized in that.
제어장치(400)가,
(a) 복수의 배터리 셀 중 하나인 n번째 배터리를 선택하는 단계;
(b) 선택된 상기 n번째 배터리 셀의 BDU(BDUn)을 통해서 상기 n번째 배터리 셀의 BSU(BSUn)에 기동 요청 신호를 전송하는 단계;
상기 BSU(500)는,
(c) 상기 기동 요청 신호를 수신하면 대기모드에서 동작모드로 전환하는 단계;
(d) 상기 배터리 셀의 상태 정보를 전송하는 단계를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 제어방법.
In the control method for the integrated battery cell state measurement and equalization charging system, including the control device 400, BSU 500, BDU (600) and the energy storage device,
Controller 400,
(a) selecting an nth battery, which is one of the plurality of battery cells;
(b) transmitting a start request signal to a BSU (BSUn) of the nth battery cell through a BDU (BDUn) of the selected nth battery cell;
The BSU 500 is,
(c) switching from a standby mode to an operation mode upon receiving the start request signal;
(d) transmitting status information of the battery cell;
Control method characterized in that.
상기 (d) 단계 이후에,
상기 제어장치(400)는,
(e) 복수의 배터리 셀의 상태 정보 집합을 기초로 배터리 셀들의 균등충전을 위해 상기 n번째 배터리 셀을 방전 수행 여부를 판단하는 단계;
(f) 상기 판단 결과에 따라, 상기 BDU를 통해서 상기 BSU에게 방전 요청 신호를 전송하는 단계;
상기 BSU(500)는,
(g) 상기 방전 요청 신호를 받으면, 방전 펄스 및 배터리 셀 상태 정보 데이터 펄스 제어를 하는 단계;
(h) 상기 BDU(600)를 통해서 상기 제어장치(400)에는 상기 배터리 셀 상태 정보를 전송하고, 상기 에너지 저장장치에는 상기 배터리 셀의 에너지를 전달하는 단계를 더 포함하는 것;
을 특징으로 하는 제어방법.
The method of claim 18,
After step (d),
The control device 400,
(e) determining whether to discharge the nth battery cell for equal charging of the battery cells based on a set of state information of a plurality of battery cells;
(f) transmitting a discharge request signal to the BSU through the BDU according to the determination result;
The BSU 500 is,
(g) when the discharge request signal is received, controlling discharge pulses and battery cell state information data pulses;
(h) transmitting the battery cell state information to the control device 400 through the BDU 600, and transmitting energy of the battery cell to the energy storage device;
Control method characterized in that.
상기 (h) 단계 이후에,
상기 BSU(500)는 대기모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 제어방법.
The method of claim 19,
After step (h),
The BSU 500 further comprises the step of switching to the standby mode
Control method characterized in that.
상기 (d) 단계에서, 상기 배터리 셀 상태 정보는 상기 대기모드로 진입하기 전에 저장된 이전 동작 시점의 배터리 셀 상태 정보인 것;
을 특징으로 하는 제어방법.
The method of claim 20,
In step (d), the battery cell state information is battery cell state information of a previous operation time point stored before entering the standby mode;
Control method characterized in that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180076636A KR102189003B1 (en) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | A compact type integrated battery cell status monitoring and balancing device, system, and its control method for an electric vehicle |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180076636A KR102189003B1 (en) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | A compact type integrated battery cell status monitoring and balancing device, system, and its control method for an electric vehicle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200003633A true KR20200003633A (en) | 2020-01-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|
| KR (1) | KR102189003B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220094338A (en) | 2020-12-29 | 2022-07-06 | 쌍용자동차 주식회사 | Battery module monitoring device of EV |
| WO2023149673A1 (en) * | 2022-02-03 | 2023-08-10 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Device and method for managing battery |
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| US20150229224A1 (en) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | Power Integrations Limited | Transformer communication system |
-
2018
- 2018-07-02 KR KR1020180076636A patent/KR102189003B1/en active IP Right Grant
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| KR102189003B1 (en) | 2020-12-09 |
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