KR20200135046A - Cell balancing method and battery management system using the same - Google Patents

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KR20200135046A
KR20200135046A KR1020190061424A KR20190061424A KR20200135046A KR 20200135046 A KR20200135046 A KR 20200135046A KR 1020190061424 A KR1020190061424 A KR 1020190061424A KR 20190061424 A KR20190061424 A KR 20190061424A KR 20200135046 A KR20200135046 A KR 20200135046A
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Abstract

Provided is a cell balancing method of a battery system including a plurality of cells which can prevent an increase in cell degeneration. The cell balancing method of a battery system comprises the steps of: estimating a capacity deviation of each of a plurality of cells; determining a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold value among the capacity deviations of each of the plurality of cells; performing primary cell balancing for the cell having the capacity deviation equal to or greater than the threshold value; and performing secondary cell balancing for the cell having the capacity deviation equal to or greater than the threshold value compared to other cells among the plurality of cells when the cell having the capacity deviation equal to or greater than the threshold value does not exist or after the primary cell balancing is completed.

Description

셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 관리 시스템{CELL BALANCING METHOD AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM USING THE SAME}Cell balancing method and battery management system applying it {CELL BALANCING METHOD AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM USING THE SAME}

본 개시는 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a cell balancing method and a battery management system using the same.

배터리 셀 밸런싱(Cell Balancing)은 직렬 연결된 복수의 셀의 충방전 전압 거동 중 발생하는 복수의 셀 간의 전압차를 줄이기 위한 방법이다. 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 'BMS'라 함)에 복수의 셀을 방전할 수 있는 회로를 구현하고, 상대적으로 전압이 높은 셀을 선별하고 일정 기간 동안 방전하여 낮은 전압 셀과의 전압 차를 감소시킨다. 이와 같은 패시브 셀 밸런싱(passive cell balancing) 방식과 달리, 셀 밸런싱 대상 셀의 에너지를 다른 셀로 충전시키는 액티브 셀 밸런싱(active cell balancing) 방식도 있다. 다만, 액티브 셀 밸런싱 방식을 위한 BMS 회로를 구현하기 위한 난이도가 높아서, 리튬이온 배터리의 경우 패시브 셀 밸런싱 방식이 주로 사용된다.Battery cell balancing is a method for reducing a voltage difference between a plurality of cells that occurs during charging/discharging voltage behavior of a plurality of cells connected in series. Implement a circuit capable of discharging a plurality of cells in a battery management system (hereinafter referred to as'BMS'), select cells with a relatively high voltage, and discharge for a certain period of time, so that the voltage difference with the low voltage cells Reduce Unlike such a passive cell balancing method, there is also an active cell balancing method in which energy of a cell to be balanced is charged to another cell. However, the difficulty of implementing the BMS circuit for the active cell balancing method is high, and thus the passive cell balancing method is mainly used in the case of a lithium ion battery.

일반적으로 리튬이온 배터리 생산 공정에서 일정 수준의 셀간 용량 편차가 허용된다. 고전압용 배터리를 구현하기 위해 다수의 셀을 직렬 연결하는데, 셀 간 연결 부위에 이상이 없더라도 구동 중 온도 편차에 의해 셀 용량 특성이 변할 수 있다. ESS(Energy Storage System) 제품의 경우, 일정 공간 내에 셀 모듈을 수직으로 쌓게 되는데, 냉각 공조 시스템을 이용하더라도 ESS 제품의 바닥과 상부 사이에 대략 5-6도 정도의 차이가 발생한다.In general, a certain level of capacity variation between cells is allowed in the lithium-ion battery production process. In order to implement a high-voltage battery, a plurality of cells are connected in series. Even if there is no abnormality in the connection between cells, the cell capacity characteristics may change due to temperature variations during driving. In the case of ESS (Energy Storage System) products, cell modules are vertically stacked in a certain space. Even if a cooling and air conditioning system is used, a difference of about 5-6 degrees occurs between the bottom and the top of the ESS product.

이와 같이, 온도에 의한 셀 용량 특성 변화로, 셀 간 용량 편차가 발생할 수 있다. 직렬 연결된 복수의 셀에 전류가 흐르면, 상대적으로 용량이 작은 셀의 전압은 상대적으로 용량이 큰 셀의 전압보다 크게 변동한다. 종래 패시브 셀 밸런싱 방식에 따라, 높은 셀 전압을 가지는 셀을 방전하여 셀 전압 간의 편차를 감소시키는 경우, 용량이 작은 셀이 상대적으로 더 자주 셀 밸런싱 대상 셀이 된다. 잦은 셀 밸런싱에 의해 용량이 작은 셀의 퇴화도가 증가하고, 퇴화된 셀일수록 전압 변동이 크게 되어 셀 밸런싱이 더 자주 수행되게 된다. 이와 같은 악순환이 계속된다. As described above, due to the change in cell capacity characteristics due to temperature, capacity variation between cells may occur. When a current flows through a plurality of cells connected in series, a voltage of a cell having a relatively small capacity fluctuates more than a voltage of a cell having a relatively large capacity. According to the conventional passive cell balancing method, when a cell having a high cell voltage is discharged to reduce a deviation between cell voltages, a cell having a small capacity becomes a cell to be relatively more frequently balanced. The degree of degeneration of the cells with small capacity increases due to frequent cell balancing, and the voltage fluctuation increases as the degenerate cells increase, so that cell balancing is performed more frequently. This vicious cycle continues.

셀 퇴화도 증가를 방지할 수 있는 셀 밸런싱 방법과 이 방법이 적용된 배터리 관리 시스템을 제공하고자 한다.It is intended to provide a cell balancing method that can prevent an increase in cell degradation and a battery management system to which this method is applied.

발명의 한 특징에 따른 복수의 셀을 포함하는 배터리 시스템의 셀 밸런싱 방법은, 상기 복수의 셀 각각의 용량 편차를 추정하는 단계, 상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 결정하는 단계, 상기 임계 값 이상의 용량 편차를 가지는 셀에 대해서 1차 셀 밸런싱을 수행하는 단계, 및 상기 임계 값 이상의 용량 편차를 가지는 셀이 없거나 상기 1차 셀 밸런싱을 완료한 후 상기 복수의 셀 중 다른 셀에 비해 소정의 임계 전압 이상 높은 셀에 대해서 2차 셀 밸런싱을 수행하는 단계를 포함한다.A cell balancing method of a battery system including a plurality of cells according to an aspect of the present invention includes estimating a capacity deviation of each of the plurality of cells, and determining a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells. Determining a cell having a capacity, performing primary cell balancing on a cell having a capacity deviation greater than or equal to the threshold value, and the plurality of cells after no cells having a capacity deviation greater than or equal to the threshold value or completing the primary cell balancing And performing secondary cell balancing on a cell having a predetermined threshold voltage or more higher than that of other cells among the cells of.

상기 용량 편차를 추정하는 단계는, 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 측정하는 단계, 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 기초로 상기 복수의 셀 각각의 상단 OCV(Open Circuit Voltage) 및 하단 OCV를 결정하는 단계, 상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 OCV 및 상기 하단 OCV를 상단 SOC 및 하단 SOC로 환산하는 단계, 및 상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 SOC와 상기 하단 SOC 간의 SOC 차이를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.The step of estimating the capacity deviation may include measuring a cell voltage behavior of each of the plurality of cells, an upper OCV (Open Circuit Voltage) and a lower end of each of the plurality of cells based on the cell voltage behavior of each of the plurality of cells. Determining an OCV, converting the upper OCV and the lower OCV of each of the plurality of cells into an upper SOC and a lower SOC, and calculating an SOC difference between the upper SOC and the lower SOC of each of the plurality of cells It may include steps.

상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 측정하는 단계는, 상기 배터리 시스템의 휴식 기간에 수행될 수 있다.Measuring the cell voltage behavior of each of the plurality of cells may be performed during a rest period of the battery system.

상기 상단 OCV 및 하단 OCV를 결정하는 단계는, 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 대해서 일정 수준 이상의 셀 전압을 상단 OCV로 결정하고, 일정 수준 이하의 셀 전압을 하단 OCV로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the upper OCV and the lower OCV may include determining a cell voltage of a certain level or higher as an upper OCV for each cell voltage of the plurality of cells, and determining a cell voltage of a certain level or less as a lower OCV. I can.

상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 결정하는 단계는, 상기 복수의 셀 각각의 SOC 차이 중 최대 SOC 차이를 결정하는 단계, 상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하는 단계, 상기 한 셀의 SOC 최대 편차와 소정의 제1 기준 값을 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 상기 한 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. The determining of a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells may include determining a maximum SOC difference among SOC differences of each of the plurality of cells, the maximum SOC difference and the plurality of Calculating a SOC maximum deviation, which is a difference between the SOC difference of one cell among cells, comparing the SOC maximum deviation of the one cell with a predetermined first reference value, and comparing the one cell to the primary according to the comparison result. It may include the step of determining a cell for cell balancing.

상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계는, 상기 한 셀의 SOC 최대 편차가 상기 제1 기준 값 이상이면, 상기 한 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정할 하는 단계를 포함할 수 있다.The determining as the primary cell balancing target cell may include determining the one cell as the primary cell balancing target cell if the maximum SOC deviation of the one cell is greater than or equal to the first reference value.

상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 결정하는 단계는, 상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 다른 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하는 단계, 상기 다른 셀의 SOC 최대 편차와 상기 제1 기준 값을 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 상기 다른 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The determining of a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells may include calculating an SOC maximum deviation that is a difference between the maximum SOC difference and the SOC difference of another cell among the plurality of cells. , Comparing the maximum SOC deviation of the other cell with the first reference value, and determining the other cell as the primary cell balancing target cell according to the comparison result.

상기 2차 셀 밸런싱을 수행하는 단계는, 상기 복수의 셀의 상단 SOC 중 가장 낮은 값을 가지는 최소 상단 SOC를 결정하는 단계, 상기 최소 상단 SOC와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 상단 SOC 간의 차이인 SOC 상단 편차를 계산하는 단계, 상기 한 셀의 SOC 상단 편차와 소정의 제2 기준 값을 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 상기 한 셀을 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The performing of the secondary cell balancing includes determining a minimum upper SOC having a lowest value among upper SOCs of the plurality of cells, a difference between the minimum upper SOC and an upper SOC of one of the plurality of cells Computing an SOC upper deviation, comparing the SOC upper deviation of the one cell with a predetermined second reference value, and determining the one cell as the secondary cell balancing target cell according to the comparison result. I can.

상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계는, 상기 한 셀의 상기 SOC 상단 편차가 상기 제2 기준 값 이상이면, 상기 한 셀을 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining as the secondary cell balancing target cell may include determining the one cell as the secondary cell balancing target cell when the SOC upper deviation of the one cell is greater than or equal to the second reference value.

발명의 다른 특징에 따른 복수의 셀로 구성된 배터리 셀 조립체를 관리하는 시스템은, 상기 복수의 셀 각각의 양단에 연결되어 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC, 및 상기 측정된 복수의 셀 각각의 전압에 기초하여 상기 복수의 셀 각각의 용량 편차를 추정하고, 상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하고, 상기 임계 값 이상의 용량 편차를 가지는 셀이 없거나 상기 1차 셀 밸런싱이 완료되면, 상기 복수의 셀 중 다른 셀에 비해 소정의 임계 전압 이상인 셀을 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 메인 제어 회로를 포함한다. 상기 셀 모니터링 IC는 상기 메인 제어 회로의 제어에 따라 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀에 대해서 1차 셀 밸런싱을 수행하고, 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀에 대해서 2차 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.A system for managing a battery cell assembly composed of a plurality of cells according to another aspect of the invention includes a cell monitoring IC connected to both ends of each of the plurality of cells to measure a cell voltage of each of the plurality of cells, and the measured plurality of cells. A capacity deviation of each of the plurality of cells is estimated based on a voltage of each cell, and a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells is determined as a primary cell balancing target cell, and the threshold And a main control circuit configured to determine a cell having a capacity deviation greater than or equal to the value or when the primary cell balancing is completed, a cell having a predetermined threshold voltage or higher compared to other cells among the plurality of cells as a target cell for secondary cell balancing. The cell monitoring IC may perform primary cell balancing on the primary cell balancing target cell and secondary cell balancing on the secondary cell balancing target cell under the control of the main control circuit.

상기 메인 제어 회로는, 상기 측정된 복수의 셀 각각의 전압에 기초하여 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 측정하여, 상기 복수의 셀 각각의 상단 OCV(Open Circuit Voltage) 및 하단 OCV를 결정하고, 상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 OCV 및 상기 하단 OCV를 상단 SOC 및 하단 SOC로 환산하며, 상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 SOC와 상기 하단 SOC 간의 SOC 차이를 계산할 수 있다.The main control circuit measures a cell voltage behavior of each of the plurality of cells based on the measured voltages of each of the plurality of cells, and determines an upper OCV (Open Circuit Voltage) and a lower OCV of each of the plurality of cells, and , The upper OCV and the lower OCV of each of the plurality of cells are converted into an upper SOC and a lower SOC, and an SOC difference between the upper SOC and the lower SOC of each of the plurality of cells may be calculated.

상기 메인 제어 회로는, 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 대해서 일정 수준 이상의 셀 전압을 상단 OCV로 결정하고, 일정 수준 이하의 셀 전압을 하단 OCV로 결정할 수 있다. The main control circuit may determine a cell voltage of a certain level or higher as an upper OCV with respect to the cell voltage of each of the plurality of cells as an upper OCV and a cell voltage of a certain level or less as a lower OCV.

상기 메인 제어 회로는, 상기 복수의셀 각각의 SOC 차이 중 최대 SOC 차이를 결정하고, 상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하며, 상기 한 셀의 SOC 최대 편차와 소정의 제1 기준 값을 비교한 결과에 따라, 상기 한 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정할 수 있다.The main control circuit determines a maximum SOC difference among SOC differences of each of the plurality of cells, calculates an SOC maximum deviation, which is a difference between the maximum SOC difference and an SOC difference of one of the plurality of cells, and the one cell The one cell may be determined as the primary cell balancing target cell according to a result of comparing the maximum SOC deviation of and a predetermined first reference value.

상기 메인 제어 회로는, 상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 다른 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하며, 상기 다른 셀의 SOC 최대 편차와 상기 제1 기준 값을 비교한 결과에 따라, 상기 다른 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정할 수 있다.The main control circuit calculates the maximum SOC difference, which is a difference between the maximum SOC difference and the SOC difference of another cell among the plurality of cells, and according to a result of comparing the maximum SOC difference of the other cell with the first reference value. , The other cell may be determined as the primary cell balancing target cell.

상기 메인 제어 회로는, 상기 복수의 셀의 상단 SOC 중 가장 낮은 값을 가지는 최소 상단 SOC를 결정하고, 상기 최소 상단 SOC와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 상단 SOC 간의 차이인 SOC 상단 편차를 계산하며, 상기 한 셀의 SOC 상단 편차와 소정의 제2 기준 값을 비교한 결과에 따라 상기 한 셀을 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정할 수 있다. The main control circuit determines a minimum upper SOC having a lowest value among upper SOCs of the plurality of cells, and calculates an SOC upper deviation that is a difference between the minimum upper SOC and an upper SOC of one of the plurality of cells, and , The one cell may be determined as the secondary cell balancing target cell according to a result of comparing the SOC upper deviation of the one cell with a predetermined second reference value.

셀 밸런싱 대상 셀을 선정하는데 있어서 셀 용량을 고려할 수 있는 셀 밸런싱 방법과 이 방법이 적용된 배터리 관리 시스템을 제공한다. A cell balancing method that can take into account cell capacity in selecting a cell for cell balancing, and a battery management system to which this method is applied.

도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 1차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 2차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 셀 밸런싱을 수행한 결과를 보여주는 그래프이다.1 is a diagram showing a battery system according to an embodiment.
2 is a flowchart illustrating a method of determining a target cell for primary cell balancing according to an embodiment.
3 is a flowchart illustrating a method of determining a target cell for secondary cell balancing according to an embodiment.
4 is a graph showing a result of performing cell balancing according to an exemplary embodiment.

본 발명의 일 실시예는, 패시브 셀 밸런싱 대상 셀을 선정하는 방법에 관한 것이다. BMS에서 셀 밸런싱을 수행하는 회로(이하, '셀 밸런싱 회로'라 함)의 변경 없이, 셀 밸런싱 대상 셀을 선정 방법 및 셀 밸런싱 동작 방법을 통해 셀 간 용량 편차 증가를 방지할 수 있다.An embodiment of the present invention relates to a method of selecting a passive cell balancing target cell. Without changing the circuit for performing cell balancing in the BMS (hereinafter, referred to as'cell balancing circuit'), an increase in capacity deviation between cells can be prevented through a method of selecting a cell to be balanced and a cell balancing operation method.

충방전 패턴은 다양할 수 있으나, 충전 기간, 방전 기간, 및 충방전이 발생하지 않는 휴식(rest) 기간이 있을 수 있다. 배터리를 구성하는 복수의 셀 각각에 대해서 일정 수준 이상의 만충 휴식 전압과 일정 수준 이하의 만방 휴식 전압을 비교한 결과를 획득하고, 복수의 셀 각각의 비교 결과를 이용하여 복수의 셀 간 용량 편차를 추정할 수 있다. 일 실시예는 추정된 용량 편차를 기초로, 용량이 큰 셀에 대해서 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 선정할 수 있다. 즉, 셀 간 용량 편차를 고려하여 셀 용량 밸런싱을 수행할 셀을 선정하는 것이다. 이렇게 선정된 1차 셀 밸런싱 대상 셀은 방전될 수 있다. The charging and discharging patterns may vary, but there may be a charging period, a discharging period, and a rest period in which charging/discharging does not occur. For each of the plurality of cells constituting the battery, the result of comparing the full rest voltage above a certain level and the universal rest voltage below a certain level is obtained, and the capacity deviation between the plurality of cells is estimated using the comparison result of each of the plurality of cells. can do. According to an embodiment, based on the estimated capacity deviation, a cell having a large capacity may be selected as a target cell for primary cell balancing. That is, a cell to perform cell capacity balancing is selected in consideration of the capacity difference between cells. The selected primary cell balancing target cell may be discharged.

종래와 같이 셀 전압에 기초해 SOC를 추정하고 추정된 SOC가 높은 셀을 방전시키는 셀 밸런싱 동작의 경우, 용량이 낮은 셀이 셀 밸런싱에 의한 방전으로 저전압이 발생하고, 셀의 퇴화가 가속되어 배터리 시스템의 수명이 단축되는 문제가 발생할 수 있다. 일 실시예는 용량이 큰 셀을 먼저 방전함으로써, 용량 편차를 감소시킨 후에 셀 밸런싱 동작이 수행되어, 위와 같은 문제를 해결할 수 있다. In the case of the cell balancing operation in which the SOC is estimated based on the cell voltage and discharged the cells with a high estimated SOC as in the prior art, a low voltage is generated by a cell with a low capacity due to discharge by the cell balancing, and the deterioration of the cell is accelerated. There may be a problem that shortens the life of the system. According to an exemplary embodiment, by first discharging a cell having a large capacity, a cell balancing operation is performed after reducing a capacity deviation, thereby solving the above problem.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are given the same and similar reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and/or "unit" for components used in the following description are given or used interchangeably in consideration of only the ease of preparation of the specification, and do not themselves have distinct meanings or roles. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a battery system according to an embodiment.

도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(1)는 배터리 셀 조립체(2), BMS(3), 릴레이(11), 및 전류 센서(12)를 포함한다.As shown in Fig. 1, the battery system 1 includes a battery cell assembly 2, a BMS 3, a relay 11, and a current sensor 12.

배터리 셀 조립체(2)는 복수의 배터리 셀이 직렬/병렬 연결되어 필요한 전원을공급할 수 있다. 도 1에서는, 배터리 셀 조립체(2)가 직렬 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(Cell1-Celln)을 포함하고, 배터리 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 연결되어 있으며, 배터리 시스템(1)의 양극과 출력단(OUT1) 사이에 릴레이(11)가 연결되어 있고, 배터리 시스템(1)의 음극과 출력단(OUT2) 사이에 전류 센서(12)가 연결되어 있다. 도 1에 도시된 구성들 및 구성들 간의 연결 관계는 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The battery cell assembly 2 may supply necessary power by connecting a plurality of battery cells in series/parallel. In FIG. 1, the battery cell assembly 2 includes a plurality of battery cells Cell1-Celln connected in series, is connected between two output terminals OUT1 and OUT2 of the battery system 1, and the battery system ( The relay 11 is connected between the positive electrode of 1) and the output terminal OUT1, and the current sensor 12 is connected between the negative electrode of the battery system 1 and the output terminal OUT2. The configurations shown in FIG. 1 and the connection relationship between the components are as an example and the invention is not limited thereto.

릴레이(11)는 배터리 시스템(1)와 외부 장치 간의 전기적 연결을 제어한다. 릴레이(11)가 온 되면, 배터리 시스템(1)와 외부 장치가 전기적으로 연결되어 충전 또는 방전이 수행되고, 릴레이(11)가 오프 되면, 배터리 시스템(1)와 외부 장치가 전기적으로 분리된다. 외부 장치는 부하 또는 충전기일 수 있다.The relay 11 controls the electrical connection between the battery system 1 and an external device. When the relay 11 is turned on, the battery system 1 and the external device are electrically connected to perform charging or discharging, and when the relay 11 is turned off, the battery system 1 and the external device are electrically separated. The external device can be a load or a charger.

전류 센서(12)는 배터리 셀 조립체(2)와 외부 장치간 전류 경로에 직렬 연결되어 있다. 전류 센서(12)는 배터리 셀 조립체(2)에 흐르는 전류 즉, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하고, 측정 결과를 BMS(3)에 전달할 수 있다.The current sensor 12 is connected in series to the current path between the battery cell assembly 2 and the external device. The current sensor 12 may measure current flowing through the battery cell assembly 2, that is, a charging current and a discharge current, and transmit the measurement result to the BMS 3.

BMS(3)는 셀 밸런싱 회로(10), 셀 모니터링 IC(20), 및 메인 제어 회로(30)를 포함한다. The BMS 3 includes a cell balancing circuit 10, a cell monitoring IC 20, and a main control circuit 30.

셀 밸런싱 회로(10)는 복수의 스위치(SW1-SWn) 및 복수의 저항(R1-Rn)을 포함한다. 복수의 스위치(SW1-SWn) 각각은 셀 모니터링 IC(20)로부터 공급되는 복수의 스위칭 신호(SC[1]-SC[n]) 중 대응하는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작한다. 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해서, 대응하는 스위치(SWi) 및 저항(Ri)은 해당 셀(Celli)의 양극과 음극 사이에 직렬 연결되어 있다. 스위치(SWi)가 턴 온 되면, 해당 셀(Celli), 스위치(SWi), 및 저항(Ri) 사이에 방전 경로가 형성되고, 해당 셀(Celli)이 방전한다. 이 때, i는 1부터 n까지의 자연수 중 하나이다. The cell balancing circuit 10 includes a plurality of switches SW1 to SWn and a plurality of resistors R1 to Rn. Each of the plurality of switches SW1 to SWn performs switching according to a corresponding switching signal among a plurality of switching signals SC[1]-SC[n] supplied from the cell monitoring IC 20. For each of the plurality of cells Cell1 -Celln, a corresponding switch SWi and a resistor Ri are connected in series between the anode and the cathode of the cell Celli. When the switch SWi is turned on, a discharge path is formed between the cell Celli, the switch SWi, and the resistor Ri, and the cell Celli discharges. In this case, i is one of natural numbers from 1 to n.

셀 모니터링 IC(20)는 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 양극 및 음극에 전기적으로 연결되어, 셀 전압을 측정한다. 전류 센서(12)에 의해 측정된 전류(이하, 배터리 전류라 함) 값은 셀 모니터링 IC(20)로 전달될 수 있다. 셀 모니터링 IC(20)는 측정된 셀 전압 및 배터리 전류에 대한 정보를 메인 제어 회로(30)에 전달한다. 구체적으로, 셀 모니터링 IC(20)는 충방전이 발생하지 않는 휴식(rest) 기간에 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압을 소정 주기 마다 측정하고, 측정된 셀 전압을 메인 제어 회로(30)에 전달한다.The cell monitoring IC 20 is electrically connected to an anode and a cathode of each of a plurality of cells Cell1-Celln to measure a cell voltage. The current (hereinafter, referred to as battery current) value measured by the current sensor 12 may be transferred to the cell monitoring IC 20. The cell monitoring IC 20 transmits information on the measured cell voltage and battery current to the main control circuit 30. Specifically, the cell monitoring IC 20 measures the cell voltage of each of the plurality of cells (Cell1-Celln) at a predetermined period during a rest period in which charge/discharge does not occur, and measures the measured cell voltage at a main control circuit ( 30).

셀 모니터링 IC(20)는 메인 제어 회로(30)로부터 전송되는 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 셀(Cell1-Celln) 중 셀 밸런싱 대상 셀을 셀 밸런싱 회로(10)를 통해 방전시킬 수 있다. 예를 들어, 셀 모니터링 IC(20)는 메인 제어 회로(30)의 셀 밸런싱 제어 신호에 따라 복수의 스위칭 신호(SC[1]~SC[n])를 생성할 수 있다. 스위칭 신호(SC[1]~SC[n]) 각각은 대응하는 스위치(SWi)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 온 레벨의 스위칭 신호(SC[i])가 대응하는 스위치(SWi)에 공급되면, 스위치(SWi)가 턴 온 되어 해당 셀(Celli)이 방전한다. The cell monitoring IC 20 may discharge a cell to be balanced among a plurality of cells Cell1-Celln through the cell balancing circuit 10 according to a cell balancing control signal transmitted from the main control circuit 30. For example, the cell monitoring IC 20 may generate a plurality of switching signals SC[1] to SC[n] according to the cell balancing control signal of the main control circuit 30. Each of the switching signals SC[1] to SC[n] may control a switching operation of a corresponding switch SWi. When the on-level switching signal SC[i] is supplied to the corresponding switch SWi, the switch SWi is turned on and the corresponding cell Celli is discharged.

메인 제어 회로(30)는 휴식 기간 중 셀 모니터링 IC(20)로부터 수신한 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압에 대해서 일정 수준 이상의 만충 휴식 전압과 일정 수준 이하의 만방 휴식 전압을 비교한 결과를 획득하고, 복수의 셀 각각의 비교 결과를 이용하여 복수의 셀 간 용량 편차를 추정할 수 있다. 메인 제어 회로(30)는 추정된 용량 편차를 기초로 용량이 큰 셀을 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 선정하고, 선정 결과에 따른 셀 밸런싱 제어 신호를 생성하여 셀 모니터링 IC(20)로 전달한다.The main control circuit 30 compares a full break voltage above a certain level and a full break voltage below a certain level with respect to the cell voltages of each of a plurality of cells (Cell1-Celln) received from the cell monitoring IC 20 during the break period. A result may be obtained, and a capacity deviation between a plurality of cells may be estimated by using the comparison result of each of the plurality of cells. The main control circuit 30 selects a cell having a large capacity as a primary cell balancing target cell based on the estimated capacity deviation, generates a cell balancing control signal according to the selection result, and transmits it to the cell monitoring IC 20.

메인 제어 회로(30)는 1차 셀 밸런싱 대상 셀이 없을 경우, 복수의 셀(Cell1-Celln) 각각의 상단 SOC 중 최소 상단 SOC를 결정하고, 각 셀의 상단 SOC와 최소 상단 SOC 간의 차이에 기초하여 2차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정할 수 있다.The main control circuit 30 determines the minimum upper SOC among the upper SOCs of each of the plurality of cells (Cell1-Celln) when there is no primary cell balancing target cell, and based on the difference between the upper SOC and the minimum upper SOC of each cell. Thus, the target cell for secondary cell balancing can be determined.

메인 제어 회로(30)는 1차 셀 밸런싱을 다음 충방전 주기의 시작 전에 수행하고, 배터리 관리 시스템의 방전 회로에서의 전류 값과 셀 밸런싱 목표 값에 기초하여 2차 셀 밸런싱을 수행하는 방전 목표 시간을 계산할 수 있다. 예를 들어, 방전 회로의 전류값과 셀 밸런싱 목표값의 차이를 이용하여 방전 목표 시간이 계산될 수 있다.The main control circuit 30 performs primary cell balancing before the start of the next charge/discharge cycle, and a discharge target time for performing secondary cell balancing based on the current value and the cell balancing target value in the discharge circuit of the battery management system. Can be calculated. For example, the target discharge time may be calculated by using a difference between the current value of the discharge circuit and the target cell balancing value.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 메인 제어 회로(30)의 셀 밸런싱 제어 동작을 설명한다.Hereinafter, a cell balancing control operation of the main control circuit 30 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2는 일 실시예에 따른 1차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of determining a target cell for primary cell balancing according to an embodiment.

도 3은 일 실시예에 따른 2차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of determining a target cell for secondary cell balancing according to an embodiment.

먼저, 메인 제어 회로(30)는 n개 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압 거동을 측정한다(S1). 배터리 시스템(1)은 용도에 따라 충전 또는 방전을 수행하고, 충전과 충전 사이, 방전과 방전 사이, 또는 충전과 방전 사이에 휴식 기간이 존재할 수 있다. 즉, 배터리 시스템(1)은 용도에 따라 충방점 및 휴식 패턴이 다양할 수 있다. 이와 같은 배터리 시스템(1)의 충방전 및 휴식에 따라 셀 전압이 변동하게 되는데, 특히 휴식 기간 중 n개 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압을 모니터링하여 셀 밸런싱에 필요한 셀 전압 거동을 측정할 수 있다. First, the main control circuit 30 measures the cell voltage behavior of each of the n cells (Cell1-Celln) (S1). The battery system 1 performs charging or discharging according to the use, and a rest period may exist between charging and charging, between discharging and discharging, or between charging and discharging. That is, the battery system 1 may have various charging/resting points and break patterns depending on the use. The cell voltage fluctuates according to the charge/discharge and rest of the battery system (1). In particular, it is possible to measure the cell voltage behavior required for cell balancing by monitoring the cell voltage of each of n cells (Cell1-Celln) during the rest period. I can.

메인 제어 회로(30)는 휴식 기간 중 n개 셀(Cell1-Celln) 각각의 셀 전압 거동을 기초로 각 셀의 상단 OCV(Open Circuit Voltage)와 하단 OCV를 결정한다(S2). 메인 제어 회로(30)는 휴식 기간에서의 셀 전압 거동 중 일정 수준 이상의 셀 전압을 상단 OCV로 결정하고, 일정 수준 이하의 셀 전압을 하단 OCV로 결정할 수 있다. The main control circuit 30 determines the upper OCV (Open Circuit Voltage) and the lower OCV of each cell based on the cell voltage behavior of each of the n cells (Cell1-Celln) during the rest period (S2). The main control circuit 30 may determine a cell voltage above a certain level as an upper OCV during the cell voltage behavior in the rest period and determine a cell voltage below a certain level as a lower OCV.

메인 제어 회로(30)는 n개 셀(Cell1-Celln) 각각의 상단 OCV 및 하단 OCV를 상단 SOC 및 하단 SOC로 환산한다(S3). OCV와 SOC 간의 관계는 종래 다양한 방식에 따라 정의될 수 있고, 메인 제어 회로(30)는 정의된 방식에 따라 S3단계를 수행할 수 있다.The main control circuit 30 converts the upper OCV and the lower OCV of each of the n cells (Cell1-Celln) into the upper SOC and the lower SOC (S3). The relationship between OCV and SOC may be defined according to various conventional methods, and the main control circuit 30 may perform step S3 according to the defined method.

메인 제어 회로(30)는 n개 셀(Cell1-Celln) 각각의 상단 SOC와 하단 SOC 간의 SOC 차이(△SOCi)를 계산한다(S4).The main control circuit 30 calculates the SOC difference (ΔSOCi) between the upper SOC and the lower SOC of each of the n cells (Cell1-Celln) (S4).

메인 제어 회로(30)는 n개 셀 각각의 SOC 차이 중 최대 SOC 차이(△SOCmax)를 결정한다(S5).The main control circuit 30 determines the maximum SOC difference (ΔSOCmax) among the SOC differences of each of the n cells (S5).

메인 제어 회로(30)는 최대 SOC 차이(△SOCmax)와 셀(Celli)의 SOC 차이(△SOCi) 간의 차이(이하, 'SOC 최대 편차'라 함. △SOCi-△SOCmax)를 계산한다(S6).The main control circuit 30 calculates the difference between the maximum SOC difference (ΔSOCmax) and the SOC difference (ΔSOCi) of the cell (Celli) (hereinafter referred to as “maximum SOC deviation”. ΔSOCi-ΔSOCmax) (S6) ).

메인 제어 회로(30)는 셀(Celli)의 SOC 최대 편차(△SOCi-△SOCmax)와 소정의 제1 기준 값(R1)을 비교한다(S7). 구체적으로, 메인 제어 회로(30)는 셀(Celli)의 SOC 최대 편차(△SOCi-△SOCmax)가 제1 기준 값(R1) 이상인지 판단할 수 있다. The main control circuit 30 compares the maximum SOC deviation ΔSOCi-ΔSOCmax of the cell Celli with a predetermined first reference value R1 (S7). Specifically, the main control circuit 30 may determine whether the maximum SOC deviation (ΔSOCi-ΔSOCmax) of the cell Celli is equal to or greater than the first reference value R1.

단계 S7의 판단 결과, 셀(Celli)의 SOC 최대 편차(△SOCi-△SOCmax)가 제1 기준 값(R1) 이상이면, 해당 셀(Celli)을 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정한다(S8). 단계 S7의 판단 결과, 셀(Celli)의 SOC 최대 편차(△SOCi-△SOCmax)가 제1 기준 값(R1) 보다 작거나, S8 단계 이후에는, 다음 셀에 대해서 S6 단계를 수행한다. As a result of the determination in step S7, if the maximum SOC deviation (ΔSOCi-ΔSOCmax) of the cell Celli is equal to or greater than the first reference value R1, the corresponding cell Celli is determined as a primary cell balancing target cell (S8). As a result of the determination in step S7, the maximum SOC deviation (ΔSOCi-ΔSOCmax) of the cell Celli is smaller than the first reference value R1, or after step S8, step S6 is performed for the next cell.

이와 같이, 메인 제어 회로(30)는 n개의 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해서 SOC 최대 편차(△SOCi-△SOCmax)와 제1 기준 값(R1) 간의 비교 단계를 수행하여 1차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정하고, 셀 모니터링 IC(20)는 결정된 1차 셀 밸런싱 대상 셀에 대해서 1차 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. In this way, the main control circuit 30 performs a comparison step between the maximum SOC deviation (△SOCi-△SOCmax) and the first reference value (R1) for each of the n cells (Cell1-Celln) to perform primary cell balancing. After determining the cell, the cell monitoring IC 20 may perform primary cell balancing on the determined primary cell balancing target cell.

1차 셀 밸런싱 한 주기는 도 2에 도시된 단계 S1-S8를 포함한다. 메인 제어 회로(30)는 매 1차 셀 밸런싱 주기마다 단계S1-S8을 반복한다. One cycle of primary cell balancing includes steps S1-S8 shown in FIG. 2. The main control circuit 30 repeats steps S1-S8 every primary cell balancing cycle.

1차 셀 밸런싱 대상 셀은 용량이 다른 셀에 비해서 큰 셀을 의미한다. 본 발명은 셀 용량간의 편차를 먼저 고려하여 셀 용량이 다른 셀에 비해 임계 값(제1 기준치가 이에 대응함) 이상 클 때, 해당 셀에 대한 셀 용량 밸런싱을 먼저 수행할 수 있다. 1차 셀 밸런싱은 복수의 셀 간의 용량 편차가 임계 값보다 작을 때까지 반복적으로 수행된다. 즉, 복수의 셀 각각의 SOC 최대 편차(△SOCi-△SOCmax)가 제1 기준 값(R1) 보다 작을 때까지 수행될 수 있고, 이와 같은 상태를 1차 셀 밸런싱 완료라 지칭한다. 그러면, 복수의 셀 간의 용량 편차가 감소하여 용량 균형을 이룰 수 있다.A cell to be primary cell balancing refers to a cell having a larger capacity than other cells. In the present invention, when the cell capacity is greater than or equal to a threshold value (a first reference value corresponds to this) compared to other cells by first considering the difference between cell capacities, the cell capacity balancing for the corresponding cell may be performed first. Primary cell balancing is performed repeatedly until a capacity deviation between a plurality of cells is less than a threshold value. That is, the operation may be performed until the maximum SOC deviation (ΔSOCi-ΔSOCmax) of each of the plurality of cells is less than the first reference value R1, and such a state is referred to as completion of primary cell balancing. Then, capacity variation between a plurality of cells is reduced, thereby achieving a capacity balance.

복수의 셀 간에 셀 용량 차가 크지 않아 1차 셀 밸런싱 대상 셀이 없거나, 1차 셀 밸런싱이 완료된다(S9). 그러면, 메인 제어 회로(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 2차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정할 수 있다. Since the cell capacity difference between the plurality of cells is not large, there is no target cell for primary cell balancing, or primary cell balancing is completed (S9). Then, the main control circuit 30 may determine the target cell for secondary cell balancing as shown in FIG. 3.

메인 제어 회로(30)는 n개 셀(Cell1-Celln)의 상단 SOC 중 가장 낮은 값을 가지는 최소 상단 SOC(SOC_Tmin)를 결정한다(S10). The main control circuit 30 determines a minimum upper SOC (SOC_Tmin) having the lowest value among upper SOCs of n cells (Cell1-Celln) (S10).

메인 제어 회로(30)는 최소 상단 SOC(SOC_Tmin)와 셀(Celli)의 상단 SOC(SOC_Ti) 간의 차이(이하, 'SOC 상단 편차', SOC_Ti-SOC_Tmin)를 계산한다(S11).The main control circuit 30 calculates the difference between the minimum upper SOC (SOC_Tmin) and the upper SOC (SOC_Ti) of the cell (Celli) (hereinafter,'SOC upper deviation', SOC_Ti-SOC_Tmin) (S11).

메인 제어 회로(30)는 셀(Celli)의 SOC 상단 편차(SOC_Ti-SOC_Tmin)와 제2 기준 값(R2)을 비교한다(S12). 구체적으로, 메인 제어 회로(30)는 셀(Celli)의 SOC 상단 편차(SOC_Ti-SOC_Tmin)가 제2 기준 값(R2) 이상인지 판단할 수 있다.The main control circuit 30 compares the SOC upper deviation SOC_Ti-SOC_Tmin of the cell Celli with the second reference value R2 (S12). Specifically, the main control circuit 30 may determine whether the SOC upper deviation SOC_Ti-SOC_Tmin of the cell Celli is equal to or greater than the second reference value R2.

단계S12의 판단 결과, 셀(Celli)의 SOC 상단 편차(SOC_Ti-SOC_Tmin)가 제2 기준 값(R2) 이상이면, 메인 제어 회로(30)는 해당 셀(Celli)을 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정한다(S13). 단계 S12의 판단 결과, 셀(Celli)의 SOC 상단 편차(SOC_Ti-SOC_Tmin)가 제2 기준 값(R2)보다 작거나 S13 단계 이후에는, 다음 셀에 대해서 S11 단계를 수행한다.As a result of the determination in step S12, if the SOC upper deviation (SOC_Ti-SOC_Tmin) of the cell (Celli) is greater than or equal to the second reference value (R2), the main control circuit 30 determines the cell (Celli) as a target cell for secondary cell balancing. Do (S13). As a result of the determination in step S12, if the SOC upper deviation SOC_Ti-SOC_Tmin of the cell Celli is smaller than the second reference value R2 or after step S13, step S11 is performed for the next cell.

이와 같이, 메인 제어 회로(30)는 n개의 셀(Cell1-Celln) 각각에 대해서 SOC 상단 편차(SOC_Ti-SOC_Tmin)와 제2 기준 값(R2) 간의 비교 단계를 수행하여 2차 셀 밸런싱 대상 셀을 결정하고, 셀 모니터링 IC(20)는 결정된 2차 셀 밸런싱 대상 셀에 대해서 2차 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.In this way, the main control circuit 30 performs a comparison step between the SOC upper deviation (SOC_Ti-SOC_Tmin) and the second reference value R2 for each of the n cells (Cell1-Celln) to determine the target cell for secondary cell balancing. After determining, the cell monitoring IC 20 may perform secondary cell balancing on the determined secondary cell balancing target cell.

2차 셀 밸런싱 한 주기는 도 3에 도시된 단계 S9-S13를 포함한다. 메인 제어 회로(30)는 매 2차 셀 밸런싱 주기마다 단계S9-S13을 반복한다. One cycle of secondary cell balancing includes steps S9-S13 shown in FIG. 3. The main control circuit 30 repeats steps S9-S13 every secondary cell balancing cycle.

2차 셀 밸런싱은 셀 전압이 높은 셀을 대상으로 수행된다. 즉, 셀 전압이 다른 셀에 비해 임계 전압(제2 기준 값이 이에 대응함) 이상 높을 때, 해당 셀에 대한 셀 전압 밸런싱을 수행한다. Secondary cell balancing is performed for cells with a high cell voltage. That is, when the cell voltage is higher than the threshold voltage (the second reference value corresponds to this) or higher than that of other cells, cell voltage balancing for the corresponding cell is performed.

도 4는 일 실시예에 따른 셀 밸런싱을 수행한 결과를 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing a result of performing cell balancing according to an exemplary embodiment.

도 4의 그래프 (a), (b), 및 (c)에서 가로축은 셀 전압 거동 측정 시간이고, 세로축은 셀 전압을 나타낸다. 그래프 (a)는 1차 셀 밸런싱 전의 셀 전압 거동을 나타낸 그래프이고, 그래프(b)는 1차 셀 밸런싱 후의 셀 전압 거동을 나타낸 그래프이며, 그래프(c)는 2차 셀 밸런싱 후의 셀 전압 거동을 나타낸 그래프이다.In the graphs (a), (b), and (c) of FIG. 4, the horizontal axis represents the cell voltage behavior measurement time, and the vertical axis represents the cell voltage. Graph (a) is a graph showing cell voltage behavior before primary cell balancing, graph (b) is a graph showing cell voltage behavior after primary cell balancing, and graph (c) is cell voltage behavior after secondary cell balancing. This is the graph shown.

도 4에 도시된 바와 같이, 1차 셀 밸런싱 후 셀(Cellj)의 상단 셀 전압(SOC_Tj)이 감소하여, 셀(Cellk)의 상단 셀 전압(SOC_Tk)과의 차이가 감소하였다. 이어서, 2차 셀 밸런싱 후 셀(Cellj)의 상단 셀 전압(SOC_Tj)과 셀(Cellk)의 상단 셀 전압(SOC_Tk)의 차가 감소하여 더 근접함을 알 수 있다. As shown in FIG. 4, after the primary cell balancing, the upper cell voltage SOC_Tj of the cell Cellj decreases, so that the difference between the upper cell voltage SOC_Tk of the cell Cellk decreases. Subsequently, after the secondary cell balancing, it can be seen that the difference between the upper cell voltage SOC_Tj of the cell Cellj and the upper cell voltage SOC_Tk of the cell Cellk decreases and becomes closer.

이와 같이 셀 용량 편차를 고려한 1차 셀 밸런싱을 수행한 후 2차 셀 밸런싱을 수행함으로써, 용량 편차에 의한 문제점을 해결할 수 있다.As described above, by performing the primary cell balancing in consideration of the cell capacity variation and then performing the secondary cell balancing, it is possible to solve the problem caused by the capacity variation.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and a form modified and improved by a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs is also the right of the present invention. Belongs to the range.

1: 배터리 시스템
2: 배터리 셀 조립체
3: BMS
10: 셀 밸런싱 회로
20: 셀 모니터링 IC
30: 메인 제어 회로1: battery system
2: battery cell assembly
3: BMS
10: cell balancing circuit
20: cell monitoring IC
30: main control circuit

Claims (15)

복수의 셀을 포함하는 배터리 시스템의 셀 밸런싱 방법에 있어서,
상기 복수의 셀 각각의 용량 편차를 추정하는 단계;
상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 결정하는 단계;
상기 임계 값 이상의 용량 편차를 가지는 셀에 대해서 1차 셀 밸런싱을 수행하는 단계; 및
상기 임계 값 이상의 용량 편차를 가지는 셀이 없거나 상기 1차 셀 밸런싱을 완료한 후 상기 복수의 셀 중 다른 셀에 비해 소정의 임계 전압 이상 높은 셀에 대해서 2차 셀 밸런싱을 수행하는 단계를 포함하는,
셀 밸런싱 방법.In the cell balancing method of a battery system including a plurality of cells,
Estimating a capacity deviation of each of the plurality of cells;
Determining a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells;
Performing primary cell balancing for cells having a capacity deviation greater than or equal to the threshold value; And
Comprising the step of performing secondary cell balancing on a cell having a capacity deviation greater than or equal to the threshold value, or a cell higher than a predetermined threshold voltage compared to other cells among the plurality of cells after completing the primary cell balancing,
Cell balancing method. 제1항에 있어서,
상기 용량 편차를 추정하는 단계는,
상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 측정하는 단계;
상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 기초로 상기 복수의 셀 각각의 상단 OCV(Open Circuit Voltage) 및 하단 OCV를 결정하는 단계;
상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 OCV 및 상기 하단 OCV를 상단 SOC 및 하단 SOC로 환산하는 단계; 및
상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 SOC와 상기 하단 SOC 간의 SOC 차이를 계산하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 1,
The step of estimating the capacity deviation,
Measuring cell voltage behavior of each of the plurality of cells;
Determining an upper OCV (Open Circuit Voltage) and a lower OCV of each of the plurality of cells based on the cell voltage behavior of each of the plurality of cells;
Converting the upper OCV and the lower OCV of each of the plurality of cells into an upper SOC and a lower SOC; And
And calculating an SOC difference between the upper SOC and the lower SOC of each of the plurality of cells. 제2항에 있어서,
상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 측정하는 단계는,
상기 배터리 시스템의 휴식 기간에 수행되는 것을 특징으로 하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 2,
Measuring the cell voltage behavior of each of the plurality of cells,
Cell balancing method, characterized in that performed during the rest period of the battery system. 제2항에 있어서,
상기 상단 OCV 및 하단 OCV를 결정하는 단계는,
상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 대해서 일정 수준 이상의 셀 전압을 상단 OCV로 결정하고, 일정 수준 이하의 셀 전압을 하단 OCV로 결정하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 2,
The step of determining the upper OCV and the lower OCV,
And determining a cell voltage of a certain level or higher as an upper OCV for each cell voltage of the plurality of cells, and determining a cell voltage of a certain level or less as a lower OCV. 제2항에 있어서,
상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 결정하는 단계는,
상기 복수의 셀 각각의 SOC 차이 중 최대 SOC 차이를 결정하는 단계;
상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하는 단계;
상기 한 셀의 SOC 최대 편차와 소정의 제1 기준 값을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 한 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 2,
The step of determining a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells,
Determining a maximum SOC difference among SOC differences of each of the plurality of cells;
Calculating a maximum SOC difference, which is a difference between the maximum SOC difference and the SOC difference of one of the plurality of cells;
Comparing the maximum SOC deviation of the one cell with a predetermined first reference value; And
And determining the one cell as the primary cell balancing target cell according to the comparison result. 제5항에 있어서,
상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계는,
상기 한 셀의 SOC 최대 편차가 상기 제1 기준 값 이상이면, 상기 한 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 5,
The step of determining as the primary cell balancing target cell,
If the SOC maximum deviation of the one cell is greater than or equal to the first reference value, determining the one cell as the primary cell balancing target cell. 제5항에 있어서,
상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 결정하는 단계는,
상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 다른 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하는 단계;
상기 다른 셀의 SOC 최대 편차와 상기 제1 기준 값을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 다른 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 더 포함하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 5,
The step of determining a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells,
Calculating a maximum SOC difference, which is a difference between the maximum SOC difference and an SOC difference between another cell among the plurality of cells;
Comparing the SOC maximum deviation of the other cell with the first reference value; And
The cell balancing method further comprising determining the other cell as the primary cell balancing target cell according to the comparison result. 제2항에 있어서,
상기 2차 셀 밸런싱을 수행하는 단계는,
상기 복수의 셀의 상단 SOC 중 가장 낮은 값을 가지는 최소 상단 SOC를 결정하는 단계;
상기 최소 상단 SOC와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 상단 SOC 간의 차이인 SOC 상단 편차를 계산하는 단계;
상기 한 셀의 SOC 상단 편차와 소정의 제2 기준 값을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 한 셀을 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 2,
The step of performing the secondary cell balancing,
Determining a minimum upper SOC having a lowest value among upper SOCs of the plurality of cells;
Calculating an SOC upper deviation that is a difference between the minimum upper SOC and an upper SOC of one of the plurality of cells;
Comparing the SOC upper deviation of the one cell with a predetermined second reference value; And
And determining the one cell as the target cell for secondary cell balancing according to the comparison result. 제8항에 있어서,
상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계는,
상기 한 셀의 상기 SOC 상단 편차가 상기 제2 기준 값 이상이면, 상기 한 셀을 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법.The method of claim 8,
The step of determining as a target cell for secondary cell balancing,
If the SOC upper deviation of the one cell is greater than or equal to the second reference value, determining the one cell as the secondary cell balancing target cell. 복수의 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체를 관리하는 시스템에 있어서,
상기 복수의 셀 각각의 양단에 연결되어 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압을 측정하는 셀 모니터링 IC; 및
상기 측정된 복수의 셀 각각의 전압에 기초하여 상기 복수의 셀 각각의 용량 편차를 추정하고, 상기 복수의 셀 각각의 용량 편차 중 소정의 임계 값 이상인 용량 편차를 가지는 셀을 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하고, 상기 임계 값 이상의 용량 편차를 가지는 셀이 없거나 상기 1차 셀 밸런싱이 완료되면, 상기 복수의 셀 중 다른 셀에 비해 소정의 임계 전압 이상인 셀을 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는 메인 제어 회로를 포함하고,
상기 셀 모니터링 IC는 상기 메인 제어 회로의 제어에 따라 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀에 대해서 1차 셀 밸런싱을 수행하고, 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀에 대해서 2차 셀 밸런싱을 수행하는, 배터리 관리 시스템.In the system for managing a battery cell assembly including a plurality of cells,
A cell monitoring IC connected to both ends of each of the plurality of cells to measure a cell voltage of each of the plurality of cells; And
A capacity deviation of each of the plurality of cells is estimated based on the measured voltage of each of the plurality of cells, and a cell having a capacity deviation equal to or greater than a predetermined threshold among the capacity deviations of each of the plurality of cells is selected as a primary cell balancing target cell. And when there is no cell having a capacity deviation greater than the threshold value or when the primary cell balancing is completed, a cell having a predetermined threshold voltage or higher compared to other cells among the plurality of cells is determined as a secondary cell balancing target cell Including,
The cell monitoring IC performs primary cell balancing on the primary cell balancing target cell and secondary cell balancing on the secondary cell balancing target cell under control of the main control circuit. . 제10항에 있어서,
상기 메인 제어 회로는,
상기 측정된 복수의 셀 각각의 전압에 기초하여 상기 복수의 셀 각각의 셀 전압 거동을 측정하여, 상기 복수의 셀 각각의 상단 OCV(Open Circuit Voltage) 및 하단 OCV를 결정하고,
상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 OCV 및 상기 하단 OCV를 상단 SOC 및 하단 SOC로 환산하며,
상기 복수의 셀 각각의 상기 상단 SOC와 상기 하단 SOC 간의 SOC 차이를 계산하는, 배터리 관리 시스템.The method of claim 10,
The main control circuit,
Measuring the cell voltage behavior of each of the plurality of cells based on the measured voltages of each of the plurality of cells, determining an upper OCV (Open Circuit Voltage) and a lower OCV of each of the plurality of cells,
Converting the upper OCV and the lower OCV of each of the plurality of cells into an upper SOC and a lower SOC,
The battery management system for calculating an SOC difference between the upper SOC and the lower SOC of each of the plurality of cells. 제11항에 있어서,
상기 메인 제어 회로는,
상기 복수의 셀 각각의 셀 전압에 대해서 일정 수준 이상의 셀 전압을 상단 OCV로 결정하고, 일정 수준 이하의 셀 전압을 하단 OCV로 결정하는, 배터리 관리 시스템.The method of claim 11,
The main control circuit,
For each cell voltage of the plurality of cells, a cell voltage of a certain level or higher is determined as an upper OCV, and a cell voltage of a certain level or less is determined as a lower OCV. 제11항에 있어서,
상기 메인 제어 회로는,
상기 복수의 셀 각각의 SOC 차이 중 최대 SOC 차이를 결정하고, 상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하며,
상기 한 셀의 SOC 최대 편차와 소정의 제1 기준 값을 비교한 결과에 따라, 상기 한 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는, 배터리 관리 시스템.The method of claim 11,
The main control circuit,
Determining a maximum SOC difference among SOC differences of each of the plurality of cells, and calculating an SOC maximum deviation that is a difference between the maximum SOC difference and the SOC difference of one of the plurality of cells,
The battery management system for determining the one cell as the primary cell balancing target cell based on a result of comparing the SOC maximum deviation of the one cell with a predetermined first reference value. 제13항에 있어서,
상기 메인 제어 회로는,
상기 최대 SOC 차이와 상기 복수의 셀 중 다른 셀의 SOC 차이 간의 차이인 SOC 최대 편차를 계산하며, 상기 다른 셀의 SOC 최대 편차와 상기 제1 기준 값을 비교한 결과에 따라, 상기 다른 셀을 상기 1차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는, 배터리 관리 시스템.The method of claim 13,
The main control circuit,
The maximum SOC difference, which is the difference between the maximum SOC difference and the SOC difference of other cells among the plurality of cells, is calculated, and according to a result of comparing the maximum SOC difference of the other cell with the first reference value, the other cell is A battery management system that determines the target cell for primary cell balancing. 제11항에 있어서,
상기 메인 제어 회로는,
상기 복수의 셀의 상단 SOC 중 가장 낮은 값을 가지는 최소 상단 SOC를 결정하고, 상기 최소 상단 SOC와 상기 복수의 셀 중 한 셀의 상단 SOC 간의 차이인 SOC 상단 편차를 계산하며, 상기 한 셀의 SOC 상단 편차와 소정의 제2 기준 값을 비교한 결과에 따라 상기 한 셀을 상기 2차 셀 밸런싱 대상 셀로 결정하는, 배터리 관리 시스템. The method of claim 11,
The main control circuit,
Determine a minimum upper SOC having a lowest value among upper SOCs of the plurality of cells, calculate an SOC upper deviation, which is a difference between the minimum upper SOC and an upper SOC of one of the plurality of cells, and the SOC of the one cell The battery management system for determining the one cell as the secondary cell balancing target cell according to a result of comparing an upper deviation and a predetermined second reference value.
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WO2023101189A1 (en) * 2021-12-03 2023-06-08 주식회사 엘지에너지솔루션 Cell balancing method and battery system providing method

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