KR20220067890A - Cell Balancing of Lithium Battery Pack - Google Patents

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KR20220067890A
KR20220067890A KR1020200154638A KR20200154638A KR20220067890A KR 20220067890 A KR20220067890 A KR 20220067890A KR 1020200154638 A KR1020200154638 A KR 1020200154638A KR 20200154638 A KR20200154638 A KR 20200154638A KR 20220067890 A KR20220067890 A KR 20220067890A
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Abstract

Provided is a method for controlling a battery management system (BMS), in which when a dangerous situation occurs during charging and discharging of a battery cell, cell balancing is performed by separating a specific cell to bypass a current with an identical internal resistor, and when the dangerous situation is released, returning is performed. Cell balancing in a typical charging mode is performed by charging a battery cell while applying a voltage to the battery cell, and discharging the battery cell with a balancing resistor. However, according to the present invention, cell balancing is performed more rapidly and accurately by separating a battery cell from which a danger is detected to allow the cell balancing to be performed while a charging power is cut off. Thereafter, when a cell voltage becomes uniform, a cell cut-off switch is closed, and a switch of a current bypass circuit is opened, thereby returning to a normal BMS operation.

Description

배터리팩의 셀 밸런싱{Cell Balancing of Lithium Battery Pack}Cell Balancing of Lithium Battery Pack

본 발명은 리튬 배터리팩의 셀 밸런싱(Cell Balancing)방법에 관한 내용이다.The present invention relates to a method for cell balancing of a lithium battery pack.

발명의 배경이 되는 기술은 HEV, PHEV, EV 등 친환경 차량에서는 주행거리/연비향상 등을 위하여 주/보조동력원으로 직렬 또는 병렬 로 다수 연결된 배터리 셀 집합체로 부터 출력되는 전기를 이용하는 기술이다. 다수의 셀이 연결된 배터리의 셀의 경우, 충방전을 반복하게 되면 각 배터리 셀의 충전용량이 차이가 발생하게 된다.The technology behind the invention is a technology that uses electricity output from a battery cell assembly connected in series or parallel as a main/auxiliary power source to improve mileage/fuel efficiency in eco-friendly vehicles such as HEVs, PHEVs, and EVs. In the case of cells of a battery to which a plurality of cells are connected, when charging and discharging are repeated, a difference in charging capacity of each battery cell occurs.

배터리 셀 간의 전압격차로 인해서 수명격차가 발생되고 있어서 이를 줄이는 방법으로 셀 밸런싱등의 방법이 사용되고 있다. A lifespan difference is generated due to a voltage difference between battery cells, and cell balancing is used as a method of reducing this.

장기간 사용되는 차량에서 배터리 수명 열화를 방지하는 일이 중요하고 그에 따라 열화 방지 수단의 하나인 셀간 편차 발생을 최소화하기 위하여 셀 밸런싱을 하고 있으며, 전압 또는 용량이 높은 셀은 셀 밸런싱 저항으로 방전하여 전압을 낮추는 패시브 셀 밸런싱을 주로 사용하고 있다.It is important to prevent deterioration of battery life in a vehicle used for a long period of time, and accordingly, cell balancing is performed to minimize the occurrence of cell-to-cell deviation, which is one of the means of preventing deterioration. Passive cell balancing that lowers the value is mainly used.

이 방식에서 주의할 점은 저항으로 방전하여 샐 밸런싱하는 방법에서 밸런싱 저항 27Ω, 15W 사용시 동작환경 75도 기준으로 셀 밸런싱을 하면 30분이내에 약 200도 이상으로 저항온도가 상승하고, 200도 이상으로 온도상승시 저항공급업체에서 보증하는 기준을 넘어가면 저항에 크랙(Crack) 이 발생한다.In this method, it is important to note that in the method of balancing cells by discharging with a resistor, if the balancing resistor is 27Ω and 15W is used, the cell balancing is performed based on the operating environment of 75 degrees. The resistance temperature rises to over 200 degrees within 30 minutes, and when the temperature rises above 200 degrees, cracks occur in the resistor if the standards guaranteed by the resistor supplier are exceeded.

따라서 저항 크랙(Crack) 이 발생되지 않게 셀 밸런싱을 수행해야한다.Therefore, cell balancing must be performed to prevent resistance cracks from occurring.

다른 한가지 방법은 액티브 셀 밸런싱이다.Another method is active cell balancing.

차이점은 패시브는 저항으로 방전하지만 액티브는 충전하여 낮은 배터리 셀전압을 높일 수 있다.The difference is that the passive discharges with a resistor while the active charges up, which can increase the low battery cell voltage.

좋은 방법이긴 하지만 회로가 복잡하고 소자가 많이 들어가서 단가가 높다.Although it is a good method, the unit cost is high because the circuit is complicated and there are many devices.

트랜스를 활용해서 절연을 하고 셀마다 개별 충전하는 방식은 모든 셀을 개별적으로 충전하기 때문에 충전시간에 제약이 없고 충전기가 밸런싱 한다고 헤매는 일이 발생하지 않지만 회로가 복잡하고 단가가 높다는 단점이 있다.The method of insulating each cell using a transformer and charging each cell individually charges all cells individually, so there is no restriction on the charging time and there is no problem with the charger balancing.

좀더 간단한 액티브 셀 밸런싱 방법은 배터리 셀 중에서 높은 전압이 발생하는 그 하위 셀의 전류에 전달하는 방식이다. 결과적으로 높은 전압의 배터리셀을 바이패스 시켜서 다음 셀로 전달한다. 저항을 방전하는 패시브 셀 밸런싱 보다 효과적이긴 하다.A simpler active cell balancing method is to transfer the current of the lower cell where the high voltage is generated among the battery cells. As a result, the high voltage battery cell is bypassed and transferred to the next cell. It is more effective than balancing passive cells that discharge resistors.

현재 주로 사용되고 있는 고전압 배터리에서 셀 밸런싱 방법은 충전/방전을 지속적으로 수행함에 따라 배터리 셀 간의 전압격차가 발생할 수 있으며, 차량의 위험상황에서의 오동작으로 배터리 셀 간의 전압격차가 누적되면 배터리 셀이 과충전 또는 과방전이 발생하고 고전압 배터리에 치명적인 손상을 입힐 수도 있습니다.In high-voltage batteries currently used mainly in cell balancing, a voltage difference between battery cells may occur as charging/discharging is continuously performed. Alternatively, over-discharge may occur and cause catastrophic damage to the high-voltage battery.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art above are only for improving the understanding of the background of the present invention, and should not be accepted as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.

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고전압 배터리 팩에서 배터리 셀을 모니터링하고 관리하는 전용IC들이 있으나 차량에서의 위험상황 발생으로 인한 오동작 등으로 인해 충분한 셀밸런싱으로 셀격차를 좁히지 못한 채 충전모드로 다시 진입하거나 특정 배터리 셀의 위험상황이 감지되었을 경우 셀격차가 발생이 된 과전압상태의 특정 셀을 차단하고 유사한 내부저항으로 전류를 우회하여서 최악의 경우 발생할 수 있는 열 폭주 등의 배터리팩의 위험을 줄이는 방법이다.There are dedicated ICs for monitoring and managing battery cells in high-voltage battery packs, but due to malfunctions caused by dangerous situations in the vehicle, re-entering the charging mode without narrowing the cell gap with sufficient cell balancing, or dangerous situations of specific battery cells It is a method to reduce the risk of the battery pack such as thermal runaway that may occur in the worst case by blocking a specific cell in an overvoltage state where a cell gap has occurred and bypassing the current with a similar internal resistance when detected.

또한 분리된 셀은 다른 셀전압과 균등해질 때 까지 자체 셀 밸런싱을 수행하고 셀 전압격차가 해제되면 셀 차단 스위치와 전류 우회스위치를 원복 하여서 통상적인 방법으로 BMS를 동작하는 방법이다.In addition, the separated cell performs its own cell balancing until it becomes equal to other cell voltages, and when the cell voltage difference is released, the cell cut-off switch and the current bypass switch are restored to operate the BMS in the usual way.

그리고 방전모드 에서도 특정 개별 셀이 저 전압이거나 위험상황이 감지되었을 경우 개별 셀을 차단하고 내부저항 회로로 전류를 우회 시켜서 개별 셀의 과방전을 방지할 수 있다.And even in the discharge mode, when a specific individual cell has low voltage or a dangerous situation is detected, the individual cell is blocked and the current is diverted through the internal resistance circuit to prevent overdischarge of the individual cell.

또한 차단된 셀은 자체 셀 밸런싱 하여 다른 셀들과 셀전압이 균등해지면 분리된 특정 개별 셀의 차단 스위치를 닫고, 전류우회 회로의 스위치를 다시 열어서 정상 BMS 동작으로 복귀한다In addition, the blocked cell performs its own cell balancing, and when the cell voltage becomes equal with other cells, closes the cut-off switch of a specific isolated cell and reopens the switch of the current bypass circuit to return to normal BMS operation.

리튬 배터리 셀 전압 불균등 현상은 공정상에 발생하는 용량 오차, 자기방전비율, 충/방전회수에 따른 용량 격차등에서부터 발생한다.Lithium battery cell voltage inequality is caused by capacity error, self-discharge rate, and capacity gap according to the number of times of charge/discharge occurring during the process.

리튬 배터리 셀의 수명은 전압 과 온도에 주로 영향을 받는다. 셀전압 불균형이 발생할 경우 배터리 셀의 수명에 격차가 발생된다.The lifetime of a lithium battery cell is mainly affected by voltage and temperature. When a cell voltage imbalance occurs, a gap occurs in the lifespan of a battery cell.

특히 많은 셀이 직렬과 병렬로 연결되어 있는 전기자동차용 고전압 배터리인 경우는 전압 불균형이 발행하게 되면 개별 셀의 수명격차 뿐 아니라 의도하지 않게 정격전압 이상의 과전압이 충전되거나 과방전이 일어날 수 있다.In particular, in the case of a high-voltage battery for electric vehicles in which many cells are connected in series and parallel, if voltage imbalance occurs, not only the lifespan gap of individual cells, but also unintentional overvoltage above the rated voltage may be charged or overdischarged.

특히 밀폐된 공간에서의 리튬 배터리사용은 온도를 급격하게 상승시킬 수 있다고 한다. In particular, it is said that the use of lithium batteries in an enclosed space can rapidly increase the temperature.

이로 인해서 인접 배터리 셀의 온도상승에도 영향을 미쳐서 배터리 셀의 온도상승이 가속화되며 이로 인해서 열 폭주 등의 발생할 수 있다.As a result, the temperature rise of the adjacent battery cell is also affected, and the temperature rise of the battery cell is accelerated, which may lead to thermal runaway.

배터리 셀의 내부 특성 및 내부 저항이 다르기 때문에, 고전압 배터리에 대한 충전Because the internal characteristics and internal resistance of the battery cells are different, charging for high-voltage batteries

/방전을 지속적으로 수행함에 따라 배터리 셀 간의 전압 격차가 발생할 수 있고, 배터리 셀 간의 전압 격차가 누적되면 배터리 셀이 과충전 또는 과방전 되어서 고전압 배터리에 치명적인 손상을 입힐 수 있다.As /discharge is continuously performed, a voltage gap between battery cells may occur, and if the voltage gap between battery cells is accumulated, the battery cell may be overcharged or overdischarged, causing fatal damage to the high-voltage battery.

또한 차량의 위험상황에서 급속도로 배터리 셀 특성이 변동되면 배터리 팩 전체의 릴레이를 차단해서 안정상태로 전환시키는 방법은 EV 자동차 전체의 전원이 공급되지 않기 때문에 개별셀을 관리하는 것이 필요할 것을 예상된다.In addition, if the battery cell characteristics change rapidly in a dangerous situation of the vehicle, it is expected that the method of switching off the relay of the entire battery pack to switch to a stable state is necessary to manage individual cells because the power of the entire EV vehicle is not supplied.

또한 충전 중에 셀밸런싱이 이뤄지면 이미 셀전압의 격차가 벌어진 상황에서 충전과 셀 밸런싱이 동시에 진행되어 시간이 더 소요될 것으로 예상되고 충전전류가 더해져서 셀전압이 균등화 되므로 셀밸런싱 저항에서 발열이 더 심할 것으로 예상된다.In addition, if cell balancing is performed during charging, charging and cell balancing are carried out at the same time in a situation where the cell voltage gap has already widened, so it is expected that it will take more time. it is expected

일반적으로 특정 배터리 셀의 전압이 다른 셀 보다 낮게 감지되면 다른 셀들의 전압도 같이 낮추는 방법의 패시브(Passive) 셀 밸런싱을 사용하지만 발열이 많고 시간이 많이 소요되어 상기와 같이 In general, when the voltage of a specific battery cell is detected to be lower than that of other cells, passive cell balancing is used, which lowers the voltage of other cells as well.

셀 밸런싱이 완료되지 않고 셀격차가 좁혀지지 않은 상태에서 충전모드로 재진입할 수도 있어서 배터리에 치명적인 위험을 일으킬 수 있다.It may cause a fatal risk to the battery as it may re-enter the charging mode without completing cell balancing and closing the cell gap.

또한 실제 EV차량에서는 배터리 팩 양극단자에 연결된 종단 셀들은 다른 부분 배터리 셀들에 비해서 충방전시 전류흐름이 많아서 셀의 노화가 빠르다.In addition, in an actual EV vehicle, the terminal cells connected to the positive terminal of the battery pack have a higher current flow during charging and discharging compared to other battery cells, so the cells age faster.

그래서 충전 시 다른 셀들에 비해서 전압상승이 빨라 인접 셀들이 완충되지 않는 상태에서도 종단 셀이 완충 되어 충전이 차단되는 경우가 발생할 수 있다.Therefore, when charging, the voltage rises faster than other cells, so even when adjacent cells are not fully charged, the terminal cell is fully charged and charging may be interrupted.

이를 경우 셀의 충방전 회수가 달라져사 셀들간의 수명차이도 발생할수있다.In this case, the number of times of charging and discharging of the cells is different, which may cause a difference in the lifespan of the cells.

차량이 위험으로 인해서 특정 배터리 셀의 특성이 급격하게 변동되는 위험 상황에서는 릴레이 등으로 배터리 팩의 고전압을 차단하는 것이 필요하지만 이를 차단하면 전기자동차(EV) 전체에 전원공급이 안되어 동작이 안되므로 더 큰 위험을 발생시킬 수 있다. 그래서 배터리 전원을 사용 서서히 저하시키는 방법으로 사용하기도 한다.In a dangerous situation in which the characteristics of a specific battery cell rapidly change due to danger, it is necessary to cut off the high voltage of the battery pack with a relay, etc., but if this is cut off, power is not supplied to the entire electric vehicle (EV) and operation is not possible. may create a hazard. Therefore, it is sometimes used as a method of gradually decreasing the battery power.

이렇게 되면 배터리 셀의 전압격차가 해소되지 않고 해당 배터리 셀은 위험을 계속 가지고 있게 된다.In this case, the voltage difference between the battery cells is not resolved, and the battery cell continues to have a risk.

이를 방지하기 위해서는 위험이 감지된 배터리 셀을 다른 셀과 분리된 상태에서 해당 셀만 셀 밸런싱 하는 것이 필요하다.In order to prevent this, it is necessary to cell-balance only the relevant cell in a state in which the battery cell in which the risk is detected is separated from other cells.

이를 위해서 위험이 감지된 셀을 분리하고 유사한 내부저항회로로 전류를 우회하여 셀을 보호하는 장치가 필요하다.To this end, a device that protects the cell by isolating the cell in which the danger is sensed and bypassing the current with a similar internal resistance circuit is required.

단순하게 직렬 연결된 위험이 감지된 개별 셀 만 바이패스 하게 되면 셀의 갯수가 줄어서 개별 셀에 영향을 받는 충전전압이 상승되고 다른셀에 정격충격전압을 초과할 수 있어서 셀에 위험을 줄 수 있다.If only individual cells that are simply connected in series with a sensed danger are bypassed, the number of cells decreases and the charging voltage affected by individual cells rises, and the rated shock voltage of other cells may be exceeded, which may endanger the cells.

셀을 바이패스 되더라도 다른 셀에 영향을 미치지 않고 정상 충방전이 되어야 하므로 유사한 용량의 내부저항 우회회로가 필요하다. Even if the cell is bypassed, normal charging and discharging should be performed without affecting other cells, so an internal resistance bypass circuit with similar capacity is required.

통상적인 충전모드에서의 셀밸런싱은 배터리셀에 전압이 인가되면서 충전이되고 밸런싱저항으로 배터리셀을 방전하지만 본 발명은 위험이 감지된 배터리셀을 즉시 분리하여 충전전원이 차단된 상태에서 셀밸런싱이 이뤄져서 보다 빠르고 안전하게 셀밸런싱을 할 수 있고 그후에 셀전압이 균등해지면 셀 차단 스위치를 닫고, 내부저항 전류우회스위치를 다시 열어서 정상 BMS 동작으로 복귀한다.Cell balancing in the normal charging mode is charged while voltage is applied to the battery cells and the battery cells are discharged with the balancing resistor. This enables faster and safer cell balancing. After that, when the cell voltage becomes equal, the cell cutoff switch is closed and the internal resistance current bypass switch is opened again to return to normal BMS operation.

본 발명은 배터리 셀의 전압격차가 남아있는 상황에서도 다시 충전모드로 진입해서 셀전압격차를 가중시키거나 개별 셀이 위험상황이 발생되었을 경우 유사한 내부저항으로 우회해서 위험한 감지된 배터리 셀을 바이패스하여 충방전을 수행함으로써 열폭주등의 위험을 미연에 방지할 수 있다In the present invention, even in a situation where the voltage difference of the battery cells remains, it enters the charging mode again to aggravate the cell voltage difference or when an individual cell encounters a dangerous situation, it bypasses the dangerous detected battery cell by bypassing it with a similar internal resistance. By performing charging and discharging, the risk of thermal runaway can be prevented in advance.

배터리 팩의 양종단에 연결된 배터리 셀의 노화가 빨리 진행되고 있어서 전압이 상대적으로 빨리 충전되고 빨리 방전되는 현상으로 배터리 팩의 노화속도가 빨라지는 현상을 본 발명으로 완화시킬수 있을 것으로 예상된다.It is expected that the present invention can alleviate the phenomenon that the aging rate of the battery pack is accelerated due to a phenomenon in which the voltage is charged and discharged quickly because the battery cells connected to both ends of the battery pack are rapidly aging.

또한 충방전시 빨리 상승되는 직렬 연결된 양종단의 배터리 셀을 유사한 내부저항회로로 우회 시켜서 다른 셀이 완충 된 후에 다시 연결하여 배터리 충전용량을 늘릴 수 있어서 배터리의 방전시간을 늘릴 수 있고 수명을 연장시킬 수 있다.In addition, the battery cells at both ends connected in series, which rise quickly during charging and discharging, are bypassed with a similar internal resistance circuit to increase the charging capacity of the battery by reconnecting it after the other cells are fully charged. can

현재 사용되고 있는 자동차 배터리의 고전압 배터리의 충전/방전을 지속적으로 수행함으로써 나타나는 자동차에서의 위험으로 부터 배터리 팩에 미칠 수 있는 오동작등 아직은 명확한 원인을 찾지못하는 것도 상기 발명으로 차량의 위험으로 부터 발생되는 원인을 알수 없는 셀전압격차를 줄여주면 과충전으로 인한 열폭주 등으로 인한 배터리에 치명적인 손상을 줄일 수 있을 것으로 예상된다It is the cause of the danger of the vehicle due to the invention that has not yet been able to find a clear cause, such as the danger in the vehicle that is caused by continuously charging/discharging the high voltage battery of the currently used vehicle battery, to the malfunction that can affect the battery pack. It is expected that fatal damage to the battery due to thermal runaway caused by overcharging can be reduced by reducing the unknown cell voltage gap.

본 발명은 차량의 위험상황에서 급격하게 배터리 셀이 한계치에 근접하거나 위험 상황이 발생할 경우 비상동작으로 유사한 내부저항으로 전류를 우회 시키고 특정 배터리 셀을 분리하여 충방전을 수행하여 최악의 경우 열폭주 등을 방지할 수 있으며 분리된 배터리 셀은 자체적으로 셀 밸런싱을 수행해서 다른 셀 들과 전압이 균등해지면 스위치를 닫아 재 연결하는 방식으로 기존 패시브 셀밸런싱 보다 안전하고 빠르게 셀전압 격차를 줄일 수 있으며 개별 셀의 과전압을 저항으로 소모하지 않고 개별 셀이 분리된 상태에서 배터리 팩을 충전하여 다른 셀을 균등화 시키는 방법으로 상대적으로 셀의 수명을 연장시키는 방법이다.The present invention is an emergency operation when a battery cell abruptly approaches the limit value or a dangerous situation occurs in a dangerous situation of a vehicle, and in the worst case, thermal runaway, etc. Separated battery cells perform cell balancing on their own, and when the voltage becomes equal with other cells, close the switch and reconnect. It is a method to relatively extend the lifespan of a cell by charging the battery pack while the individual cells are separated without consuming the overvoltage of the cell to equalize other cells.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도식하고 설명하였지만, 이하의 특허 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다 Although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, it is recognized in the art that the present invention can be variously improved and changed without departing from the spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to one with ordinary knowledge

도면 1는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 시스템을 나타내는 도면
도면 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전시 배터리 셀 밸런싱 방법의 순서도.
도면 3은 본발명의 일 실시예에 따른 방전시 배터리 셀 밸런싱 방법의 순서도.
도 2는 충전모드에서 본 발명과 관계된 배터리 셀 밸런싱 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
먼저 셀 전압/온도 측정수단을 통해서 배터리 셀전압과 온도를 측정한다(S100).
측정결과 1. 셀전압격차를 좁히지 못한 채 충전모드로 재 진입한 경우 또는
2. 개별 셀의 위험 상황이 감지되었을 경우로 판단이 되면(S200).
통상적인 셀 밸런싱 방법으로 진행하는 것이 아니고 셀 전압 격차가 남아 있거나 위험이 감지된 특정 셀을 차단하고 전류를 내부저항 회로로 우회한다(S400).
위험셀이 분리되고 전류가 우회된 상태에서 배터리 팩을 충전하고 다른 셀들과 전압이 균등해질 때까지 분리된 상태에서 과전압 셀을 자체 셀밸런싱 한다(S500).
다른 셀들과 셀전압이 균등해지면 셀 차단 스위치는 닫고, 내부저항 우회 스위치는 다시 열어서 정상 BMS동작으로 복귀한다(S600).
그리고 도 3는 방전모드에서 본 발명과 관계된 배터리 셀 밸런싱 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
먼저 셀 전압/온도 측정수단을 통해서 배터리 셀전압과 온도를 측정한다(S100).
측정결과 1. 개별 셀이 저 전압인 경우 또는 2. 개별 셀의 위험 상황이 감지되었을 경우로 판단되면 (S200).
위험한 개별 셀을 차단하고 전류를 내부저항회로로 우회한다(S400).
전류가 우회된 상태에서 배터리 팩을 방전한다(S500).
다른 셀들과 셀전압이 균등해지면 셀 차단 스위치는 닫고, 내부저항 우회스위치는 열어서 정상 BMS동작으로 복귀한다(S600).
정상동작으로 복귀하면 통상적인 BMS 동작으로 복귀한다.
1 is a view showing a battery cell balancing system according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart of a method for balancing battery cells during charging according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart of a method for balancing battery cells during discharging according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart illustrating an operation of a battery cell balancing device related to the present invention in a charging mode.
First, the battery cell voltage and temperature are measured through the cell voltage/temperature measuring means (S100).
Measurement result 1. In case of re-entering the charging mode without narrowing the cell voltage gap or
2. When it is determined that a dangerous situation of an individual cell is detected (S200).
Instead of proceeding with the conventional cell balancing method, a specific cell in which a cell voltage gap remains or a danger is sensed is blocked and the current is bypassed to the internal resistance circuit (S400).
In a state in which the dangerous cell is separated and the current is bypassed, the battery pack is charged, and the overvoltage cell is self-balancing in the separated state until the voltage becomes equal with other cells (S500).
When the cell voltage becomes equal to other cells, the cell cut-off switch is closed, and the internal resistance bypass switch is opened again to return to the normal BMS operation (S600).
And Figure 3 is a flow chart showing the operation of the battery cell balancing device related to the present invention in a discharging mode.
First, the battery cell voltage and temperature are measured through the cell voltage/temperature measuring means (S100).
Measurement result 1. When it is determined that an individual cell has low voltage or 2. When a dangerous situation of an individual cell is detected (S200).
It cuts off dangerous individual cells and bypasses the current to the internal resistance circuit (S400).
The battery pack is discharged in a state in which the current is bypassed (S500).
When the cell voltage becomes equal to other cells, the cell cut-off switch is closed and the internal resistance bypass switch is opened to return to the normal BMS operation (S600).
When it returns to normal operation, it returns to normal BMS operation.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention.

배터리 셀 밸런싱 장치를 포함하는 BMS 회로로써 셀 밸런싱을 수행하고 셀격차를 좁히지못한 상태에서 충전모드로 재 진입한 경우 또는 개별 배터리 셀의 위험상황을 감지했을 경우 스위치를 닫아서 유사한 내부저항으로 전류를 우회 시키는 전류우회회로와 위험 상황이 발생된 셀을 차단하는 차단스위치를 포함한다. As a BMS circuit including a battery cell balancing device, when cell balancing is performed and re-entering the charging mode without narrowing the cell gap, or when a dangerous situation of individual battery cells is detected, the switch is closed to bypass the current with a similar internal resistance It includes a current bypass circuit and a cut-off switch that cuts off a cell in which a hazardous situation has occurred.

또한 위험개별 셀이 분리된 상태에서 자체 셀런싱을 수행하고 다른 셀들과 셀격차가 발생하지 않으면 다시 스위치를 닫아서 정상동작으로 복귀하는 방법이다.In addition, it is a method to return to normal operation by performing self-celling in a state in which each dangerous cell is separated and closing the switch again if there is no cell gap with other cells.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 한 실시예에 의한 배터리 셀들의 밸런싱 방법은 배터리 셀의 상태가 특정 한계치 이내면 기존 셀 밸런싱 회로를 사용하고 한계치 이상이 되면 해당 배터리 셀을 분리된 상태에서 자체 배터리 셀 밸런싱을 진행하고, 유사한 내부저항회로로 전류를 우회 시키고 그후 셀전압이 균등해지면 분리된 셀을 다시 연결하고 전류 우회회로를 차단하여 정상 BMS 동작으로 복귀한다.In order to achieve the above object, the method for balancing battery cells according to an embodiment of the present invention uses the existing cell balancing circuit when the state of the battery cell is within a specific limit, and when the state of the battery cell is higher than the limit, the battery cell is separated from itself After balancing the battery cells, the current is bypassed with a similar internal resistance circuit. After that, when the cell voltage becomes equal, the separated cells are reconnected and the current bypass circuit is blocked to return to normal BMS operation.

예를 들어서 도면 1의 Cell 1이 과전압상태에서 셀밸런싱을 완료하지 못한 채 다시 충전모드로 진입하게 될 경우 다른 셀보다 셀전압이 높아서 셀격차가 더 심해지고 위험이 가중되어 최악의 경우 열폭주의 위험이 있을 수 있다.For example, if Cell 1 of Figure 1 enters the charging mode again without completing cell balancing in the overvoltage state, the cell voltage is higher than other cells, which increases the cell gap and increases the risk, resulting in thermal runaway in the worst case. There may be risks.

따라서 셀밸런싱을 완료하지 않았거나 셀격차를 좁히지 못한 채 충전모드로 재진입할 경우 이거나 개별 셀이 Short나 Open, 발열들의 위험상황이 감지되었을 경우 유사한 내부저항회로로 전류를 우회하여 배터리를 충전하여서 특정 셀의 위험을 감소시킬 수 있다..Therefore, when cell balancing is not completed or when re-entering into charging mode without narrowing the cell gap, or when an individual cell short or open, or a dangerous situation such as heat generation is detected, a similar internal resistance circuit bypasses the current to charge the battery and It can reduce the risk of cells.

특정 셀이 분리된 상태에서 자체 셀 밸런싱으로 다른 셀들과 셀전압격차가 해소되거나 개별 셀의 위험 상황이 해결되었을 때는 셀 차단 스위치를 닫고 우회스위치를 다시 열어서 정상동작으로 복귀한다.When a specific cell is separated and the cell voltage gap with other cells is resolved by self-cell balancing or when a dangerous situation of an individual cell is resolved, close the cell cut-off switch and reopen the bypass switch to return to normal operation.

마찬가지로 Cell 2에서 과전압이 발생되거나 셀 전압격차 발생되어 셀밸런싱을 완료하지 못한 채 다시 충전 모드로 진입하게 될 경우 충방전이 반복되면 셀전압 격차가 더 심해지고 위험이 가중되어 열폭주의 위험이 있을 수 있다.Similarly, if an overvoltage occurs in Cell 2 or a cell voltage gap occurs and the cell enters the charging mode again without completing cell balancing, the cell voltage gap gets worse and the risk is aggravated if charging and discharging are repeated, and there is a risk of thermal runaway. can

ES?: 셀 비상 우회 스위치
EM_R?:셀내부저항과 유사한 저항
CD? : 셀 밸런싱 스위치
CB_R?: 셀 밸런싱 저항
ES?: Cell Emergency Bypass Switch
EM_R?: resistance similar to cell internal resistance
CD? : Cell balancing switch
CB_R?: cell balancing resistor

Claims (6)

복수의 배터리 셀들이 상호 직렬 연결되어 있는 고전압 배터리의 개별 셀전압을 측정하여 높은 전압은 저항으로 방전하고 낮은 전압은 충전하여 셀을 균등하게 맞추는 BMS의 셀밸런싱 장치로써 배터리 셀의 위험발생시 셀 내부저항과 유사한 저항으로 전류를 우회 시키는 셀 우회 회로를 갖추고 개별 배터리셀 차단스위치와 셀 밸런싱 스위치 및 셀밸런싱 저항을 갖춘 셀밸런싱 방법.It is a cell balancing device of BMS that measures the individual cell voltage of a high-voltage battery in which a plurality of battery cells are connected in series with each other, discharges the high voltage with a resistor and charges the low voltage to make the cells equal. A cell balancing method equipped with a cell bypass circuit that diverts current with a resistance similar to that of 배터리가 셀 밸런싱을 수행 후에도 셀전압격차를 좁히지 못한 채 충전모드로 재진입한 경우 셀 차단스위치로 배터리 셀을 차단하고 셀 우회 스위치로 전류를 우회 시켜 셀전압격차를 줄이는 방법.If the battery re-enters the charging mode without narrowing the cell voltage gap after performing cell balancing, the battery cell is cut off with a cell cut-off switch and the current is diverted with the cell bypass switch to reduce the cell voltage gap. 배터리 개별 셀이 Open, Short, 과열 등의 위험상황으로 판단되면 (S200). 개별 셀차단스위치로 특정 배터리 셀을 차단하고 우회스위치를 닫아서 전류를 우회 시키는 셀 밸런싱 방법. When individual battery cells are judged to be in a dangerous situation such as open, short, or overheat (S200). A cell balancing method that cuts off a specific battery cell with an individual cell cut-off switch and closes the bypass switch to bypass the current. 배터리 셀을 차단하고 전류를 우회한 이후에 배터리 셀의 상태를 재확인하여 위험상황이 해제되었거나 셀전압격차가 해소되었다면 셀 차단스위치를 닫고 우회스위치를 다시 열어서 통상적인 방법으로 셀 밸런싱하는 BMS 동작방법.BMS operation method of balancing cells in the usual way by closing the cell cut-off switch and opening the bypass switch again if the dangerous situation is relieved or the cell voltage gap is resolved by rechecking the state of the battery cells after blocking the battery cells and bypassing the current. 상기 제2항, 제3항에 있어서 셀 우회스위치로 전류를 우회 시켜서 셀 밸런싱하는 경우 배터리 셀을 바이패스 함으로 인한 과전압이 발생되지않도록 배터리 셀 내부저항과 유사한 저항 값으로 거쳐서 우회하는 배터리 셀 우회회로.[Claim 4] The battery cell bypass circuit according to claim 2 or 3, wherein, when balancing the cells by diverting the current with the cell bypass switch, the circuit bypasses through a resistance value similar to that of the internal resistance of the battery cell so as not to cause overvoltage due to the bypassing of the battery cell. . 상기 제2항, 제3항에 있어서 개별 셀의 과전압을 저항으로 소모하지 않고 개별 셀이 분리된 상태에서 배터리 팩을 충전하여 다른 셀을 균등화 시키는 방법으로 상대적으로 셀의 수명을 연장시키는 방법.







The method according to claim 2 or 3, wherein the battery pack is charged in a state in which the individual cells are separated without consuming the overvoltage of the individual cells as a resistor to equalize the other cells, thereby extending the lifespan of the cells relatively.







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