WO2015030392A1 - 랙을 포함하는 전지팩의 랙 전압 밸런싱 방법 - Google Patents

랙을 포함하는 전지팩의 랙 전압 밸런싱 방법 Download PDF

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WO2015030392A1
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voltage
rack
discharge
charging
value
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PCT/KR2014/007476
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이종국
이현철
박정민
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a rack voltage balancing method of a battery pack including a rack, and more particularly, each rack of each rack in which a plurality of unit modules are connected in series are connected in series or parallel
  • a method of balancing charging voltage comprising: measuring a voltage of the racks; measuring a voltage; sorting in ascending order according to the voltage values of the racks; and whether a difference between the maximum value and the minimum value of the voltage values is greater than a set voltage.
  • the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle that has been proposed as a solution for air pollution of existing gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. It is attracting attention as a power source such as (Plug-In HEV).
  • batteries used in electric vehicles or hybrid electric vehicles include electricity output from a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series. I use it
  • the medium-to-large secondary battery module including a plurality of battery cells (unit cells) includes all or at least some of the battery cells connected in series to provide high output, and is composed of batteries having the same capacity and voltage standard. do.
  • a plurality of battery packs composed of a plurality of battery cells are mounted according to vehicle specifications, and a separate device and a battery management system (Battery Management System) are provided to charge or charge each battery cell of the battery pack.
  • Battery Management System Battery Management System
  • the voltage of each battery cell is maintained at an appropriate level while discharging.
  • battery cells generally exhibit a voltage difference, and when the battery cells constituting the battery module have such a voltage difference, the battery module Performance is degraded.
  • Such a charging device or a battery management system is designed to charge by supplying a charging current collectively regardless of the characteristic difference of each battery cell, such a batch charging method, such as the difference in capacity or internal resistance difference between the battery cells Since charging is performed collectively without consideration, there is a problem that battery cells that are overcharged or battery cells that stop being charged when not fully charged exist.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • An object of the present invention is to determine a rack to be charged or discharged by measuring the voltage of each rack in a battery pack in which a plurality of racks are connected in series or in parallel, and automatically performing rack balancing according to the determination result. It provides a rack voltage balancing method that can improve the performance, capacity and life of the battery by solving the charging imbalance of the battery cells simply and stably without consuming additional equipment, manpower and time during rack balancing.
  • the charging is carried out to the maximum value without the steps (d) and (e), and if it is larger than the set voltage, (d) and ( e) consists of a structure for performing the steps.
  • a rack to be charged or discharged is determined by measuring the voltage of each rack, and the rack is automatically determined according to the determination result.
  • step (c) it is necessary to set a constant voltage in order to determine a voltage deviation that may cause a deterioration and explosion of the cell, and the set voltage value may be set in various ways according to the type and capacity of the battery. It is possible, for example, may range from 10% to 30% of the state of charge (SOC), and specifically 20% of SOC is preferred.
  • SOC state of charge
  • step (d) as a reference voltage, an average voltage of each rack may be set, and the reference voltage may be specifically expressed as a voltage range value / 2 + voltage minimum value, and the range voltage is a voltage maximum value ⁇ It can be expressed as the voltage maximum value.
  • the process of adding a discharge counter if the voltage value of each rack of the step (d) is less than the reference voltage, the process of adding a discharge counter, if the voltage value of each rack is greater than the reference voltage, the process of adding a charge counter Can be done.
  • rack voltage balancing may be performed by sequentially discharging from the rack of the maximum voltage to the rack of the minimum voltage, and exceptionally
  • the charging counter may be charged instead of being discharged.
  • the charging counter and the discharge counter of the step (e) may be sequentially processed from the rack of the voltage minimum value to the rack of the voltage maximum value.
  • the charging counter and the discharge counter of the step (e) may be sequentially processed from the rack of the voltage minimum value to the rack of the voltage maximum value.
  • the voltage deviation of each rack The battery pack can be initialized stably by reducing.
  • step (e) when charging each rack, when reaching the same voltage as the rack having a higher voltage than the rack currently charging in the charging process, in parallel
  • the charging process may be performed at the same time. Specifically, when the voltage of the rack having the minimum voltage reaches the voltage of the second lowest rack, the minimum rack and the second lowest rack are charged. It can be configured to perform the charging at the same time by connecting in parallel and to continuously perform the charging to the rack of the voltage maximum value in the same manner.
  • step (e) in the case of discharging each rack, when the rack reaches the same voltage as the rack having a lower voltage than the currently discharging rack, the process of discharging at the same time by parallel connection can be performed. Specifically, when the voltage of the rack of the maximum voltage to perform the first discharge reaches the voltage of the rack of the second highest value, the parallel discharge of the rack of the maximum voltage and the rack of the second high value to discharge simultaneously And continue to discharge to the rack of voltage minimum in the same manner.
  • the present invention also provides a battery pack, characterized in that the voltage balanced by the above rack voltage balancing method.
  • a device including the battery pack as a power source comprising: a power tool; Electric vehicles selected from the group consisting of electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); E-bike; E-scooter; Electric golf carts; And it can be preferably used as a power storage device, the scope of application is not limited to these.
  • Electric vehicles selected from the group consisting of electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); E-bike; E-scooter; Electric golf carts; And it can be preferably used as a power storage device, the scope of application is not limited to these.
  • FIG. 1 is a flowchart of a rack voltage balancing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a rack voltage balancing method according to step S 4 of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a rack voltage balancing method according to step S 5 of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a flowchart schematically illustrating a rack voltage balancing method according to an embodiment of the present invention.
  • a voltage measuring step (S1 step) of measuring the voltage of each rack is performed, and each voltage is measured according to the voltage value measured in the voltage measuring step (S1 step).
  • step S3 a comparison step (step S3) of comparing the difference between the voltage maximum value and the voltage minimum value with a preset voltage value based on the voltages measured in each rack is performed, and specifically, a voltage value in the SOC 20% range. It is determined whether or not to perform voltage balancing in comparison with, and when the difference between the maximum voltage value and the minimum voltage value is smaller than the set voltage value, it is determined that the voltage deviation of each rack does not significantly affect the battery cells. Charging to the maximum value is performed.
  • a charge / discharge counting step (step S4) is performed to compare a voltage value of each rack with a reference voltage and add a charge or discharge counter for each rack, and based on the count in the charge / discharge counting step.
  • the racks are balanced by performing charge / discharge steps (step S5) by determining whether to perform charging or discharging for the racks.
  • step S4 the step charge / discharge count step (step S4) and the charge / discharge step (step S5) will be described in detail.
  • FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating a rack voltage balancing method according to step S 4 of FIG. 1.
  • the reference voltage is set based on the measured voltage value in step S 1. Specifically, the reference voltage A is expressed as a voltage range value B / 2 + a voltage minimum value, and a voltage range value. B is expressed as voltage maximum-voltage minimum.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically illustrating a rack voltage balancing method according to step S5 of FIG. 1.
  • step S4 when the discharge counter is greater than or equal to the charging counter in step S4, the voltage minimum value is compared with a predetermined voltage SOC greater than 20% range, and when the discharge counter is larger than the set voltage.
  • a discharge step for performing a discharge is carried out, and if it is smaller than a set voltage, on the contrary, a charging step for performing a charge is performed.
  • the charging counter is larger than the discharge counter in step S4, the process proceeds to the charging step for performing the charging.
  • the discharge is performed until the voltage of reaches the voltage of the i-1st rack having the next smaller voltage value, and when the above value is reached, the number of racks discharged simultaneously is determined by additionally performing a rack count.
  • the above process is repeated by identifying and connecting in parallel.
  • rack voltage balancing is terminated.
  • the above process is repeated by identifying and connecting in parallel. Finally, when the voltage of each rack reaches the rack voltage of the maximum voltage, rack voltage balancing is terminated.
  • the racks need to be charged or discharged by measuring the voltages of the racks.
  • rack voltage balancing accordingly, it is possible to improve battery performance, capacity and lifespan by resolving charge imbalance of battery cells easily and reliably without consuming additional equipment, manpower and time in general rack voltage balancing. There is.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

다수의 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 각각의 랙들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지팩에서 각 랙들의 충전 전압을 밸런싱 하는 방법으로서, (a) 상기 랙들의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; (b) 상기 랙들의 전압 값에 따라 오름차순으로 정렬하는 정렬 단계; (c) 상기 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압 보다 큰지 여부를 비교하는 비교 단계; (d) 상기 랙들의 전압 값과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전 카운터를 더하는 충/방전 카운트 단계; (e) 상기 충/방전 카운트에 따라 각 랙들을 충전 또는 방전 시키는 충/방전 단계; 를 포함하며, 상기 단계 (c)에서 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압보다 작은 경우, (d) 및 (e) 단계 없이 최대값으로 충전을 수행하고, 설정전압보다 큰 경우, (d) 및 (e) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법을 제공한다.

Description

랙을 포함하는 전지팩의 랙 전압 밸런싱 방법
본 발명은 랙을 포함하는 전지팩의 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 각각의 랙들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지팩에서 각 랙들의 충전 전압을 밸런싱 하는 방법으로서, 상기 랙들의 전압을 측정하는 전압 측정 단계, 상기 랙들의 전압 값에 따라 오름차순으로 정렬하는 정렬 단계, 상기 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압 보다 큰지 여부를 비교하는 비교 단계, 상기 랙들의 전압 값과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전 카운터를 더하는 충/방전 카운트 단계 및 상기 충/방전 카운트에 따라 각 랙들을 충전 또는 방전 시키는 충/방전 단계를 포함하며, 상기 비교 단계에서 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압보다 작은 경우, 충/방전 카운트 단계 없이 최대값으로 충전을 수행하고, 설정전압보다 큰 경우, 충/방전 카운트 단계 및 충/방전 단계를 수행하는 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
이러한 이차전지는 고출력이 요구되는 각종 이동성 장치에 사용되는 것으로, 이를 위해 상기와 같은, 전기자동차나 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 전지는 다수의 전지셀들이 직렬로 연결된 전지팩으로부터 출력되는 전기를 전원으로 이용하고 있다
이와 같이 다수의 전지셀(단위전지)들을 포함하고 있는 중대형 이차전지모듈은 특히 고출력의 제공을 위해 구성 전지셀들 전체 또는 적어도 일부가 직렬로 연결되어 있으며, 동일한 용량 및 전압 규격의 전지들로 구성된다.
또한, 전기자동차 등에는 다수의 전지셀들로 구성되는 전지팩이 차량 사양에 따라 다수 개 장착되며, 별도의 장치와 전지 관리 시스템(Battery Management System)이 구비되어 전지팩의 각 전지셀들을 충전 또는 방전하면서 각 전지셀의 전압을 적정한 레벨로 유지시킨다.
그러나, 이러한 동일 규격에도 불구하고, 다양한 요소들에 기인한 제조공정 상의 한계로 인해 실제로 전지셀들은 전압차를 나타내는 것이 일반적이며, 전지모듈을 구성하는 전지셀들이 이와 같이 전압차를 가지는 경우 전지모듈의 성능은 저하된다.
또한, 이러한 충전 장치나 전지 관리 시스템은 각 전지셀들의 특성 차이에 관계없이 일괄적으로 충전 전류를 공급하여 충전이 이루어지도록 설계되어 있으므로, 이와 같은 일괄 충전 방식에서는 전지셀간의 용량 차이나 내부 저항 차이 등에 대한 고려 없이 일괄적으로 충전이 이루어지기 때문에, 과충전되는 전지셀이 발생하거나 완전히 충전되지 않은 상태에서 충전이 중단되는 전지셀이 존재하게 되는 등의 문제점을 내포한다.
더욱이, 다수의 전지셀을 직렬 연결하여 구성한 전지팩을 장기간 사용하는 경우, 충방전 사이클이 증가하게 되면 각각의 전지셀이 가지는 특성 인자가 서로 동일하지 못하게 되고 이에 따라 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되며, 각 전지셀들의 상호간 전압 편차가 심화되는 경우에는 폭발과 같은 위험한 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있도록 셀들을 안정적으로 초기화 시키고 제어할 수 있는 전지팩의 밸런싱(Balancing) 방법에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 다수의 랙들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지팩에서, 각 랙들의 전압을 측정하여 충전 또는 방전할 랙을 판별하고, 판별 결과에 따라 자동으로 랙 밸런싱을 수행함으로써, 일반적인 랙 밸런싱 작업시 추가적인 장비, 인력 및 시간의 소비 없이 간편하고 안정적으로 전지셀들의 충전 불균형을 해결하여 전지의 성능, 용량 및 수명을 향상시킬 수 있는 랙 전압 밸런싱 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 랙 전압 밸런싱 방법은,
다수의 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 각각의 랙들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지팩에서 각 랙들의 충전 전압을 밸런싱 하는 방법으로서,
(a) 상기 랙들의 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
(b) 상기 랙들의 전압 값에 따라 오름차순으로 정렬하는 정렬 단계;
(c) 상기 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압 보다 큰지 여부를 비교하는 비교 단계;
(d) 상기 랙들의 전압 값과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전 카운터를 더하는 충/방전 카운트 단계;
(e) 상기 충/방전 카운트에 따라 각 랙들을 충전 또는 방전 시키는 충/방전 단계;
를 포함하며,
상기 단계 (c)에서 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압보다 작은 경우, (d) 및 (e) 단계 없이 최대값으로 충전을 수행하고, 설정전압보다 큰 경우, (d) 및 (e) 단계를 수행하는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 랙 전압 밸런싱 방법은, 다수의 랙들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지팩에서, 각 랙들의 전압을 측정하여 충전 또는 방전할 랙을 판별하고, 판별 결과에 따라 자동으로 랙 밸런싱을 수행함으로써, 일반적인 랙 밸런싱 작업시 추가적인 장비, 인력 및 시간의 소비 없이 간편하고 안정적으로 전지셀들의 충전 불균형을 해결하여 전지의 성능, 용량 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단계 (b)의 전압 값에 따른 정렬은 선택정렬, 퀵 정렬(quick sort) 등 다양한 정렬 알고리즘들 중 선택된 한가지 일 수 있으며, 구체적으로, 최소값의 랙 (i = 0) 부터 최대값의 랙 (i = 총 랙의 개수 - 1) 까지 오름차순으로 정렬하는 형태일 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 전지셀을 직렬 연결하여 구성한 전지팩을 장기간 사용하는 경우, 충방전 사이클이 증가하게 되면 각각의 전지셀이 가지는 특성 인자가 서로 동일하지 못하게 되고 이에 따라 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되며, 이로 인해 과충전되는 전지셀이 발생하거나 완전히 충전되지 않은 상태에서 충전이 중단되는 전지셀이 존재하게 되는 등의 문제점이 발생할 수 있고, 각 전지셀들의 상호간 전압 편차가 심화되는 경우, 예를 들어 전압 편차가 20V 이상인 경우에는 폭발과 같은 위험한 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 단계 (c)에서 셀 성능 저하 및 폭발 등의 위험이 있는 전압 편차를 판별하기 위하여 일정 전압을 설정할 필요가 있으며, 이러한 설정 전압값은 전지의 종류, 용량 등에 따라 다양하게 설정하는 것이 가능하고, 예를 들어 SOC(State of Charge) 10% 내지 30 % 범위일 수 있으며, 구체적으로는 SOC 20 %인 것이 바람직하다.
또한, 단계 (d)에서 기준전압으로서, 각 랙들의 평균 전압을 설정할 수 있으며, 상기 기준전압은, 구체적으로, 전압 범위값/2 + 전압 최소값으로 표현할 수 있고, 상기 범위전압은 전압 최대값 - 전압 최대값으로 표현할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단계 (d)의 각 랙들의 전압 값이 기준전압 보다 작은 경우, 방전 카운터를 더하는 과정을 수행하고, 각 랙들의 전압 값이 기준전압 보다 큰 경우, 충전 카운터를 더하는 과정을 수행 할 수 있다.
이러한 충전 또는 방전 카운트 단계는, 전압 값에 따라 정렬된 i 값에 의해, i = 0 부터 i = 총 랙의 개수 - 1 까지 순차적으로 카운트 하는 과정을 거치며, 최대값의 전압을 갖는 랙까지 카운트한 후 충전 또는 방전 카운트에 따라 상기 단계 (e)에서 처럼 각 랙들을 충전할지 또는 방전할지 결정할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 (e)의 방전 카운터가 충전 카운터 보다 높고 전압 최소값이 기준전압보다 높은 경우, 전압 최대값의 랙부터 전압 최소값의 랙까지 순차적으로 방전시켜 랙 전압 밸런싱을 수행할 수 있으며, 예외적으로 방전 카운터가 충전 카운터 보다 높은 경우라도, 전압 최소값이 기준전압 보다 낮은 경우, 방전시키는 과정을 거치는 대신 충전하는 과정을 거칠 수 있다.
또한, 상기 단계 (e)의 충전 카운터가 방전 카운터 보다 높은 경우, 전압 최소값의 랙부터 전압 최대값의 랙까지 순차적으로 충전시키는 과정을 거칠 수 있으며, 상기 단계 (e)의 충전 카운터 및 방전 카운터가 동일한 경우, 그리드(grid)에서 받아오는 에너지를 최소화 하기 위하여 전압 최대값의 랙부터 전압 최소값의 랙까지 순차적으로 방전시키는 과정을 거칠 수 있고, 이러한 충/방전 단계를 거침으로써, 각 랙들의 전압 편차를 줄여 전지팩을 안정적으로 초기화 할 수 있다.
또 하나의 구체적인 예에서, 상기 단계 (e)의 충전 또는 방전 단계에서, 각 랙들을 충전하는 경우, 상기 충전과정에서 현재 충전하는 랙보다 높은 전압을 가진 랙과 동일한 전압에 도달 했을 시, 병렬로 연결하여 동시에 충전 시키는 과정을 수행할 수 있으며, 구체적으로, 최초 충전을 수행하는 전압 최소값의 랙의 전압이 두 번째 낮은 값의 랙의 전압에 도달했을 시, 최소값의 랙 및 두 번째 낮은 값의 랙을 병렬 연결하여 동시에 충전을 수행하고 계속해서 같은 방식으로 전압 최대값의 랙까지 충전을 수행하는 구조로 구성될 수 있다.
반대로, 상기 단계 (e) 에서, 각 랙들을 방전하는 경우, 상기 방전과정에서 현재 방전하는 랙보다 낮은 전압을 가진 랙과 동일한 전압에 도달 했을 시, 병렬로 연결하여 동시에 방전 시키는 과정을 수행할 수 있으며, 구체적으로, 최초 방전을 수행하는 전압 최대값의 랙의 전압이 두 번째 높은 값의 랙의 전압에 도달했을 시, 전압 최대값의 랙 및 두 번째 높은 값의 랙을 병렬 연결하여 동시에 방전을 수행하고 계속해서 같은 방식으로 전압 최소값의 랙까지 방전을 수행하는 구조로 구성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기의 랙 전압 밸런싱 방법으로 전압 밸런싱된 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 예를 들어, 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle: HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; E-bike; E-scooter; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 및 전력저장 장치로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명이 하나의 실시예에 따른 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 흐름도이다;
도 2는 도 1의 S 4 단계에 따른 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 흐름도이다;
도 3은 도 1의 S 5 단계에 따른 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 흐름도 이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명이 하나의 실시예에 따른 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 흐름도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 랙 전압 밸런싱 방법은, 각 랙들의 전압을 측정하는 전압 측정 단계(S1 단계)를 거치게 되고, 전압 측정 단계(S 1 단계)에서 측정된 전압 값에 따라 각 랙들을 오름차순으로 정렬하는 정렬 단계(S 2 단계)를 거치게 된다. 즉, 최소값의 랙 (i = 0) 부터 최대값의 랙 (i = 총 랙의 개수 - 1) 까지 오름차순으로 정렬하는 단계를 거치게 된다.
다음으로, 각각의 랙에서 측정된 전압들을 바탕으로 전압 최대값과 전압 최소값의 차이를 미리 설정된 설정 전압값과 비교하는 비교 단계(S 3 단계)를 거치게 되고, 구체적으로 SOC 20 % 범위의 전압값과 비교하여 전압 밸런싱을 수행할지 여부를 결정하게 되며, 전압 최대값과 전압 최소값이 차이가 설정 전압값 보다 작은 경우, 각 랙들의 전압 편차가 전지셀들에 영향을 크게 미치지 않는 범위로 판단하여 전압 최대값으로 충전하는 과정을 거치게 된다.
반면에, 전압 최대값과 전압 최소값이 차이가 설정 전압값 보다 큰 경우, 각 랙들의 전압 편차가 전지셀들에 영향을 미치는 범위로 판단하여 랙 밸런싱을 위한 다음 단계들을 수행하게 된다.
다음으로, 각 랙의 전압 값과 기준전압을 비교하여 각각의 랙에 대해 충전 또는 방전 카운터를 더하는 충/방전 카운트 단계(S 4 단계)를 거치게 되며, 충/방전 카운트 단계에서의 카운트를 바탕으로 랙들에 대해 충전을 수행할지 또는 방전을 수행할지 결정하여 충/방전 단계(S 5 단계)를 수행함으로써 각 랙들의 밸런싱을 이루게 된다.
이하에서는 단계 충/방전 카운트 단계(S 4 단계) 및 충/방전 단계(S 5 단계)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2에는 도 1의 S 4 단계에 따른 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 흐름도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, S 1 단계에서 측정 전압 값을 바탕으로 기준전압을 설정하게 되며, 구체적으로, 기준 전안 A는 전압 범위값 B/2 + 전압 최소값으로 표현하고, 전압 범위값 B는 전압 최대값 - 전압 최소값으로 표현한다.
S 1 단계에서 얻어진 기준 전압값을 바탕으로 각 랙의 전압값과 비교하여 충/방전 카운트를 더하는 과정을 수행하게 되며, 구체적으로, 전압 최소값의 랙 i = 0 부터 전압 최대값의 랙 i = 총 랙의 개수 - 1까지 정렬된 랙들을 i = 0 부터 기준 전압과 비교하여, 기준전압 - i 번째 랙의 값이 0 보다 큰 경우, 방전 카운터를 하나 더하게 되고, 반대로, 기준전압 - i 번째 랙의 값이 0 보다 작은 경우, 충전 카운터를 더하는 방식으로 총 랙의 개수 만큼 반복하여 충 또는 방전 카운터를 측정하여 S 5 단계를 수행한다.
도 3에는 도 1의 S 5 단계에 따른 랙 전압 밸런싱 방법에 관한 흐름도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 도 1 및 2와 함께 참조하면, S 4 단계에서 방전 카운터가 충전 카운터보다 같거나 많은 경우, 전압 최소값이 미리 설정해둔 설정 전압 SOC 20 % 범위 보다 큰지 비교하고, 설정전압보다 큰 경우, 방전을 수행하기 위한 방전 단계를 진행하며, 반대로 설정전압 보다 작은 경우, 충전을 수행하기 위한 충전 단계를 진행한다. 또한, S 4 단계에서 충전 카운터가 방전 카운터보다 많은 경우, 충전을 수행하기 위한 충전 단계로 진행된다.
먼저, 방전 단계는 전압 최대값의 랙 (i = 총 랙의개수 - 1) 부터 전압 최소값의 랙 (i = 0) 까지 순차적으로 반복하여 방전을 수행하게 되며, 현재 방전을 수행하고 있는 i 번째 랙의 전압이 다음으로 작은 전압값을 가지는 i - 1 번째 랙의 전압에 도달할 때 까지 방전을 진행하고, 이상의 값에 도달할 경우, 랙 카운트를 추가적으로 수행하는 과정을 통해 동시에 방전되는 랙의 개수를 파악하고 병렬로 연결하여 상기의 과정을 반복 수행하게 되며, 최종적으로 각 랙들의 전압이 전압 최소값의 랙 전압에 도달 했을 시, 랙 전압 밸런싱이 종료된다.
한편, 충전 단계는 전압 최소값의 랙 (i = 0) 부터 전압 최대값의 랙 (i = 총 랙의개수 - 1) 까지 순차적으로 반복하여 충전을 수행하게 되며, 현재 충전을 수행하고 있는 i 번째 랙의 전압이 다음으로 높은 전압값을 가지는 i + 1 번째 랙의 전압에 도달할 때 까지 충전을 진행하고, 이상의 값에 도달할 경우, 랙 카운트를 추가적으로 수행하는 과정을 통해 동시에 충전되는 랙의 개수를 파악하고 병렬로 연결하여 상기의 과정을 반복 수행하게 되며, 최종적으로 각 랙들의 전압이 전압 최대값의 랙 전압에 도달 했을 시, 랙 전압 밸런싱이 종료된다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 랙 전압 밸런싱 방법은 다수의 랙들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지팩에서, 각 랙들의 전압을 측정하여 충전 또는 방전이 필요한 랙을 판별하고, 판별 결과에 따라 자동으로 랙 전압 밸런싱을 수행함으로써, 일반적인 랙 전압 밸런싱 작업시 추가적인 장비, 인력 및 시간의 소비 없이 간편하고 안정적으로 전지셀들의 충전 불균형을 해결하여 전지의 성능, 용량 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 다수의 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 각각의 랙들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 전지팩에서 각 랙들의 충전 전압을 밸런싱 하는 방법으로서,
    (a) 상기 랙들의 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    (b) 상기 랙들의 전압 값에 따라 오름차순으로 정렬하는 정렬 단계;
    (c) 상기 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압 보다 큰지 여부를 비교하는 비교 단계;
    (d) 상기 랙들의 전압 값과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전 카운터를 더하는 충/방전 카운트 단계;
    (e) 상기 충/방전 카운트에 따라 각 랙들을 충전 또는 방전 시키는 충/방전 단계;
    를 포함하며,
    상기 단계 (c)에서 전압 값의 최대값 및 최소값의 차이가 설정전압보다 작은 경우, (d) 및 (e) 단계 없이 최대값으로 충전을 수행하고, 설정전압보다 큰 경우, (d) 및 (e) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)의 전압 값에 따른 정렬은 최소값의 랙 (i = 0) 부터 최대값의 랙 (i = 총 랙의 개수 - 1) 까지 정렬하는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (c)의 설정전압은 SOC(State of Charge) 20% 인 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 기준전압은 A(전압 범위값/2 + 전압 최소값)로 표현되며, 상기 전압 범위값은 B(전압 최대값 - 전압 최대값) 로 표현되는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 각 랙들의 전압 값이 기준전압 보다 작은 경우, 방전 카운터를 더하는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 각 랙들의 전압 값이 기준전압 보다 큰 경우, 충전 카운터를 더하는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 충/방전 카운트 단계는 i = 0 부터 i = 총 랙의 개수 - 1 까지 순차적으로 카운트 하는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (e)의 방전 카운터가 충전 카운터 보다 높고 전압 최소값이 기준전압 보다 높은 경우, 전압 최대값의 랙부터 전압 최소값의 랙까지 순차적으로 방전시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 방전과정에서 현재 방전하는 랙보다 작은 전압을 가진 랙과 동일한 전압에 도달 했을 시, 병렬로 연결하여 동시에 방전 시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (e)의 방전 카운터가 충전 카운터 보다 높고 전압 최소값이 기준전압 보다 낮은 경우, 전압 최소값의 랙부터 전압 최대값의 랙까지 순차적으로 충전시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 충전과정에서 현재 충전하는 랙보다 높은 전압을 가진 랩과 동일한 전압에 도달 했을 시, 병렬로 연결하여 동시에 충전 시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (e)의 충전 카운터가 방전 카운터 보다 높은 경우, 전압 최소값의 랙부터 전압 최대값의 랙까지 순차적으로 충전시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 충전과정에서 현재 충전하는 랙보다 높은 전압을 가진 랙과 동일한 전압에 도달 했을 시, 병렬로 연결하여 동시에 충전 시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (e)의 충전 카운터 및 방전 카운터가 동일한 경우, 전압 최대값의 랙부터 전압 최소값의 랙까지 순차적으로 방전시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 방전과정에서 현재 방전하는 랙보다 작은 전압을 가진 랙과 동일한 전압에 도달 했을 시, 병렬로 연결하여 동시에 방전 시키는 것을 특징으로 하는 랙 전압 밸런싱 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 방법으로 전압 밸런싱 된 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 16 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle: HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; E-bike; E-scooter; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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