WO2018012706A1 - 배터리 셀 밸런싱의 방법 및 시스템 - Google Patents

배터리 셀 밸런싱의 방법 및 시스템 Download PDF

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voltage deviation
balancing
cell
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남호철
윤석진
김동현
김학인
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery stabilization method and system through cell balancing of a battery pack, and more particularly, by operating battery cell balancing and determining a control situation through feedback on the cell balancing, reliability of battery cell balancing And a method and system for improving the battery life and enabling proactive measures for the battery abnormality.
  • a battery pack mounted in a device requiring a rechargeable electric storage device such as an energy storage device, an electric vehicle, a portable electronic device, or the like includes a plurality of battery cells connected in series or in parallel.
  • the battery pack including the plurality of battery cells When the battery pack including the plurality of battery cells is discharged, a difference in state of charge of each cell occurs over time due to a difference in self discharge rate of each cell. If the battery pack continues to be discharged in a state where there is an imbalance of the state of charge, certain cells with a low state of charge are over-discharged, which makes it difficult to operate the battery pack.
  • overcharging of a specific battery cell during charging may also hinder the stable operation of the battery pack. Such overcharging or overdischarging of a specific battery cell not only reduces the capacity of the battery pack, The problem of deterioration and shortening of life may occur.
  • balancing of battery cells for adjusting the voltage difference of each of the battery cells constituting the battery pack to be within or equal to a predetermined tolerance is an important process.
  • a conventional cell balancing method is a method of operating balancing for a predetermined time by selecting a cell to be balanced when a change in the open voltage of the battery cell with respect to a state of charge of the battery cell is equal to or greater than a reference value as a first conventional method. This exists.
  • the second conventional technology there is a method of determining the completion of the balancing operation by monitoring the voltage of each battery cell in real time during the balancing control operation of the battery cell.
  • the first and third conventional methods have a problem in that it is difficult to check the balancing performance result of the battery cells.
  • the second conventional technology has a problem in that it is not possible to check information on a battery abnormal situation that may occur after balancing control.
  • a battery cell balancing method for balancing voltages of battery cells constituting at least two battery banks included in a battery pack includes: an entry condition checking step of checking a cell balancing entry condition; A battery bank detection step of detecting a battery bank requiring cell balancing; A cell balancing start step of starting cell balancing; A starting point voltage deviation recording step of recording a voltage deviation of battery cells included in the battery bank detected as requiring cell balancing; A cell balancing step of performing cell balancing; A cell balancing end step of terminating cell balancing; It is configured to include,
  • the cell balancing end step may include an end point voltage deviation recording step of recording a voltage deviation of battery cells in a battery bank after the cell balancing ends; A voltage deviation comparison step of comparing the voltage deviation of the battery cells recorded in the cell balancing start step with the voltage deviation of the battery cells after the cell balancing end; A result checking step of checking a cell balancing result; It is configured to include.
  • the entry condition checking step when the battery cell is in a charged state, the entry condition is satisfied.
  • the battery bank detecting step when the deviation of the battery cells constituting the battery bank is greater than or equal to a predetermined reference value, it is determined that cell balancing is necessary.
  • the output is notified and uniformly amplified. It characterized in that it comprises a notification generating step of recording a value (RMA) displayed in size.
  • RMA value
  • a battery cell balancing system for balancing voltages of battery cells included in at least two battery banks included in a battery pack, the battery cell balancing system comprising: a battery pack including a plurality of battery cells; And a battery manager managing battery cell balancing.
  • the battery manager comprises: a condition check unit for checking a battery cell balancing entry condition; A detector for detecting a battery bank requiring cell balancing; A memory unit for recording and storing voltage deviations of battery cells in the battery bank after cell balancing starts and ends; A comparison determination unit comparing the voltage deviation stored in the memory unit to check a cell balancing result; And a notification unit generating a notification according to the cell balancing result of the comparison determination unit. It is configured to include.
  • the comparison determining unit may compare the cell balancing start voltage deviation stored in the memory unit with the voltage deviation after termination, and determine that the cell balancing has failed when the cell balancing start voltage deviation is less than or equal to the voltage deviation after the termination. It is characterized by.
  • the memory unit may further include recording a value indicating an output that is uniformly amplified in size.
  • the notification unit may generate a notification when it is determined that cell balancing has failed by the comparison determination unit.
  • the voltage deviation is a difference between the maximum voltage and the minimum voltage of the battery cells constituting the battery bank.
  • the present invention compares the voltage deviation at the start of cell balancing with the voltage deviation at the end of the cell balancing by performing feedback on the cell balancing and determines a result after performing a battery cell, and generates an alarm and amplifies the signal uniformly according to the determination.
  • the reliability of the battery cell balancing is improved, and through the monitoring of the result of the cell balancing, there is an effect that it is possible to take an advance action on the battery abnormal situation.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a system configuration for balancing battery cells
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the management unit 100.
  • FIG. 3 is a flowchart of an operation performed when a battery cell balancing entry condition is satisfied
  • Battery cell balancing method comprising a.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a system configuration for balancing battery cells according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a system for balancing battery cells includes a battery manager 100 and a battery pack 200.
  • the battery pack 200 includes at least two battery banks 210.
  • the battery pack includes respective battery cells 211 connected in series and in parallel, and the battery cells 211 are connected to form one battery bank 210.
  • the battery bank 210 refers to a group of battery cells 211 connected to each other.
  • a plurality of battery cells 211 are connected to form one battery bank 210, and include at least two battery banks 210 to form the battery pack 200.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the management unit 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery manager 100 may include a condition checker 110, a detector 120, a memory 130, a comparison determiner 140, and a notification unit 150.
  • the condition check unit 110 may check the battery cell balancing entry conditions.
  • the battery cell balancing entry condition may include checking a charging state of the battery cell 211, and satisfying a cell balancing entry condition when the battery cell 211 is in a charging state.
  • a current difference resistor connected in series to the battery cell 211 is measured to measure a potential difference across the cell 211.
  • the charging state is checked by identifying the direction in which the current of the battery cell 211 flows using the measured potential difference.
  • the current sensing resistor is an extremely low resistance resistor used to check how much current flows through a specific part of a circuit. Since the resistance value is very low, the current sensing resistor does not significantly disturb the flow of current. The amount of current in the battery cell 211 can be measured.
  • the detector 120 is configured to detect the battery bank 210 that needs cell balancing.
  • a voltage deviation of each battery bank is calculated by measuring voltages of the battery cells 211 included in each battery bank 210 in real time. Therefore, when the calculated voltage deviation of the battery bank 210 is greater than or equal to a predetermined reference value, it is determined that cell balancing is necessary, and balancing of the battery cells 211 included in the battery bank 210 detected as the cell balancing is necessary. You can start
  • the memory unit 130 records and stores the voltage deviation of the battery bank 210 detected after cell balancing and the voltage deviation of the battery bank 210 after the cell balancing is terminated when it is determined that the cell balancing starts. It consists of doing.
  • the comparison determination unit 140 receives and compares start and end voltage deviation information of cell balancing stored in the memory unit 130. When the cell balancing start voltage deviation is less than or equal to the voltage deviation after the end, it is determined that cell balancing has failed, and when the start voltage deviation is greater than the voltage deviation after the end, it is determined that the cell balancing is performed.
  • the notification unit 150 is configured to generate a notification for notifying the failure and record the RMA when the comparison determination unit 140 determines that cell balancing has failed.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation part performed when a battery cell balancing entry condition is satisfied according to an embodiment of the present invention.
  • step S10 an entry condition checking step S20 of checking the battery cell balancing entry condition is performed.
  • the entry condition checking step S20 may include an entry condition if the battery cell 211 is in a charged state and no entry condition if the battery cell 211 is in a charged state.
  • the method for checking the charge state of the battery cell 211 may measure a potential difference across the cell 211 by connecting a current sensing resistor connected in series to the battery cell 211.
  • the charging state may be checked by identifying the direction in which the current of the battery cell 211 flows using the measured potential difference.
  • the current sensing resistor is a resistor having an extremely low resistance that is used to check how much current flows through a specific part of a circuit. Since the resistance value is very low, the current sensing resistor does not significantly disturb the flow of current. The amount of current in the battery cell 211 can be measured.
  • a battery bank detecting step S30 for detecting a battery bank requiring cell balancing is operated.
  • the battery bank detecting step S21 may measure voltages of battery cells in the battery bank and calculate voltage deviation for each battery bank. And comparing the calculated voltage deviation information of each bank with a predetermined reference voltage deviation in real time, and detecting a battery bank larger than the predetermined reference voltage deviation.
  • cell balancing may be performed.
  • the cell balancing start step (S40) is operated to record the voltage deviation of the battery bank detected as needing the cell balancing (S23).
  • the start step S10 is performed without performing cell balancing.
  • step S60 in which cell balancing is performed returns to the start step S10 as the cell balancing is performed.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation part performed when a battery cell balancing entry condition is not satisfied according to an embodiment of the present invention.
  • the voltage of the battery cells 211 included in the battery bank 210 is measured, and a voltage deviation is calculated. Comparing the calculated voltage deviation with a predetermined reference voltage, if the calculated voltage deviation is less than or equal to the predetermined reference voltage, it is determined that cell balancing is not necessary and the cell balancing is terminated.
  • an end voltage deviation recording step S71 of recording the voltage deviation of the battery bank 210 in which cell balancing is performed is performed.
  • a voltage deviation comparison step S72 for comparing the start voltage deviation recorded in the start voltage deviation recording step S50 and the end voltage deviation recorded in the end voltage deviation recording step S71 is operated. do.
  • the start deviation voltage is less than or equal to the end deviation voltage, it is determined that the cell balancing has failed, and when the start deviation voltage is greater than the end deviation voltage, the cell balancing is determined to be successful.
  • the failure of the cell balancing failure checking step S73 is determined based on the result of the voltage deviation comparison.
  • the cell balancing failure checking step (S73) determines that the cell balancing has failed, generates a notification indicating a failure, and generates a notification and RMA recording to record the RMA.
  • Step S74 is operated.
  • the cell balancing failure confirming step S73 is determined to be successful in cell balancing, and then returns to the starting step S10.
  • the end deviation voltage is compared with a predetermined reference value. To be treated as a permanent failure (S75).
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an overall flowchart according to the present invention.
  • the flowchart of the present invention begins at the start step S10. Next, a step (S20) of checking the battery cell balancing entry condition is made.
  • the step S20 of checking the battery cell balancing entry condition may include checking whether the battery cell is in a charged state.
  • step (S30) of detecting a battery bank requiring cell balancing is operated.
  • cell balancing does not satisfy the cell balancing entry condition (S70).
  • a step (S30) of detecting a battery bank requiring cell balancing is performed.
  • the battery cell balancing start step (S40) is operated, and when the cell balancing starts The voltage deviation of the battery bank at the start time is recorded (S50).
  • the step of performing cell balancing is configured to return to the start step (S10) while the cell balancing is performed.
  • a step of operating when the cell balancing entry condition is not satisfied will be described. If the cell balancing entry condition is not satisfied, the cell balancing end step S70 is performed. When the voltage difference of the battery cells is greater than or equal to a predetermined reference value in the cell balancing end step (S70), it is determined that cell balancing is necessary and returns to the start step (S10).
  • the start point voltage deviation is less than or equal to the voltage deviation after the end of the cell balancing failure is determined to generate a notification and the RMA recording (S74), the start time voltage deviation is terminated If it is greater than the voltage deviation after the cell balancing is determined to be made consists of returning to the start step (S10).

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 셀 밸런싱 통한 배터리 안정화 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 셀 밸런싱을 동작하고 상기 셀 밸런싱에 대한 피드백을 통하여 제어 상황을 판단함으로써, 배터리 셀 밸런싱에 대한 신뢰성을 향상시키고, 상기 배터리 이상에 대해 사전 조치 가능하도록 하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 밸런싱의 방법 및 시스템
본 발명은 배터리 팩의 셀 밸런싱을 통한 배터리 안정화 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 셀 밸런싱을 동작하고 상기 셀 밸런싱에 대한 피드백을 통하여 제어 상황을 판단함으로써, 배터리 셀 밸런싱에 대한 신뢰성을 향상시키고, 상기 배터리 이상에 대해 사전 조치 가능하도록 하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장 장치, 전기 자동차, 휴대용 전자기기 등과 같은 충전 가능한 전기 저장장치를 필요로 하는 장치에 탑재되는 배터리 팩은 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 셀을 포함한다. 상기 다수의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩을 방전시키면 각 셀의 자기 방전률 차이로 인해 시간이 지남에 따라 상기 각 셀의 충전상태의 차이가 발생한다. 이러한 충전상태의 불균형이 있는 상태에서 배터리 팩의 방전이 계속 진행되면 충전상태가 낮은 특정 셀이 과방전되어 상기 배터리 팩의 안정적 동작이 어려워진다. 또한 충전 과정에서 특정 배터리 셀이 과충전되는 경우도 마찬가지로 배터리 팩의 안정적 동작을 방해하는 요인이다.이와 같이 발생하는 특정 배터리 셀의 과충전 또는 과방전은 배터리 팩의 용량을 감소시킬 뿐만 아니라 상기 배터리 팩을 열화시키고, 수명을 단축시키는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 배터리 팩을 효율적으로 관리하기 위한 방법으로서, 상기 배터리 팩을 이루는 배터리 셀 각각의 전압 차이가 소정의 허용범위 내에 있거나 같아지도록 조절하는 배터리 셀의 밸런싱은 중요한 과정이다.
종래의 셀 밸런싱 방식으로는, 제 1 종래 방식으로서 배터리 셀의 충전상태에 대한 상기 배터리 셀의 개방전압의 변화가 기준 값 이상 또는 이하인 경우, 밸런싱 대상 셀을 선택하여 일정 시간 동안 밸런싱을 동작하는 방식이 존재한다. 제 2 종래기술로는 배터리 셀의 밸런싱 제어동작 동안 실시간으로 각 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 상기 밸런싱 동작 완료를 판단하는 방식이 존재한다. 또한 제 3 종래기술은, 배터리 셀 각각의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압들 중 하나를 밸런싱 기준 전압으로 설정하여 기준 전압에 따른 충.방전을 통하여 밸런싱을 수행하는 방식이 존재한다.
하지만, 상기 제 1 및 3 종래 방식은 배터리 셀의 밸런싱 수행 결과를 확인하기 어렵다는 문제점이 존재한다. 또한, 제 2 종래 기술은 밸런싱 제어 이후 발생할 수 있는 배터리 이상 상황에 대한 정보를 확인할 수 없다는 문제점이 있다.
배터리 팩에 포함된 적어도 두 개 이상의 배터리 뱅크를 구성하는 배터리 셀들의 전압을 밸런싱(balancing)하는 배터리 셀 밸런싱 방법은, 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 진입조건 확인단계; 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 배터리 뱅크 탐지단계; 셀 밸런싱을 시작하는 셀 밸런싱 시작단계; 셀 밸런싱이 필요한 것으로 탐지된 배터리 뱅크 내에 포함된 배터리 셀들의 전압 편차를 기록하는 시작시점 전압편차 기록단계; 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 수행단계; 셀 밸런싱을 종료하는 셀 밸런싱 종료단계; 를 포함하여 구성되며,
셀 밸런싱 종료단계는, 상기 셀 밸런싱 종료 후 배터리 뱅크 내의 배터리 셀들의 전압 편차를 기록하는 종료시점 전압편차 기록단계; 상기 셀 밸런싱 시작단계에서 기록한 배터리 셀들의 전압 편차와 셀 밸런싱 종료 후의 배터리 셀들의 전압 편차를 비교하는 전압편차 비교단계; 셀 밸런싱 결과를 확인하는 결과 확인단계; 를 포함하여 구성된다.
상기 진입조건 확인단계는, 배터리 셀이 충전상태일 경우 진입 조건을 만족하며,
상기 배터리 셀이 충전상태가 아닐 경우 진입 조건을 만족하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 뱅크 탐지단계는, 배터리 뱅크를 구성하는 배터리 셀들의 편차가 소정의 기준 값 이상인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 밸런싱 종료단계는,
배터리 뱅크 내에 배터리 셀들의 전압 편차가 소정의 기준 값 이하일 경우 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 결과 확인단계는, 셀 밸런싱의 시작시점 전압편차가 종료시점 전압편차보다 작거나 같을 경우, 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단하며, 상기 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되었을 경우, 알림 및 균일하게 증폭이 되는 출력을 크기로 표시한 값(RMA)을 기록하는 알림 발생단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩에 포함된 적어도 두 개 이상의 배터리 뱅크 내에 포함된 배터리 셀들의 전압을 밸런싱하는 배터리 셀 밸런싱 시스템에 있어서, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩; 및 배터리 셀 밸런싱을 관리하는 배터리 관리부; 로 구성되며, 상기 배터리 관리부는, 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 조건 확인부; 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 검출부; 셀 밸런싱 시작 시점 및 종료 후 배터리 뱅크 내의 배터리 셀들의 전압 편차를 기록 및 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 전압 편차를 비교하여 셀 밸런싱 결과를 확인하는 비교 판단부; 및 상기 비교 판단부의 셀 밸런싱 결과에 따라 알림을 발생하는 알림부; 를 포함하여 구성된다.
상기 비교 판단부는, 상기 메모리부에 저장된 셀 밸런싱 시작 시점 전압 편차와 종료 후 전압 편차를 비교하여, 상기 셀 밸런싱 시작 시점 전압 편차가 종료 후 전압 편차보다 작거나 같을 경우, 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 메모리부는, 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되었을 경우, 균일하게 증폭이 되는 출력을 크기로 표시한 값을 기록하는 것을 더 포함한다.
상기 알림부는, 상기 비교 판단부로부터 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되었을 경우 알림을 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 편차는, 배터리 뱅크를 구성하고 있는 배터리 셀들의 최대 전압과 최저 전압의 차인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배터리 셀 수행 후, 상기 셀 밸런싱에 대한 피드백을 통하여 상기 셀 밸런싱 시작 시점의 전압 편차와 종료 후의 전압 편차를 비교 및 결과를 판단하고, 상기 판단에 따라 알림 발생 및 균일하게 증폭이 되는 출력을 크기로 표시한 R값을 기록하도록 함으로써 배터리 셀 밸런싱에 대한 신뢰성을 향상시키고, 상기 셀 밸런싱에 대한 결과의 모니터링을 통하여 배터리 이상 상황에 대한 사전 조치가 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 배터리 셀을 밸런싱하기 위한 시스템 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도
도 2는 관리부(100)의 구성을 도시한 도면
도 3은 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 만족했을 경우 이루어지는 동작 부분의 흐름도
도 4는 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 만족하지 않았을 경우 이루어지는 동작 부분의 흐름도
도 5는 전체적인 흐름도를 도시한 도면
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결” 되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결” 되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계” 는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩에 포함된 적어도 두 개 이상의 배터리 뱅크를 구성하는 배터리 셀들의 전압을 밸런싱(balancing)하는 배터리 셀 밸런싱 방법에 있어서,
상기 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 진입조건 확인단계;
상기 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 배터리 뱅크 탐지단계;
상기 셀 밸런싱을 시작하는 셀 밸런싱 시작단계;
상기 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 수행단계;
상기 셀 밸런싱을 종료하는 셀 밸런싱 종료단계;
를 포함하여 구성되며,
상기 셀 밸런싱 종료단계는,
상기 셀 밸런싱 종료 후 배터리 뱅크 내의 배터리 셀들의 전압 편차를 기록하는 종료시점 전압편차 기록단계;
상기 셀 밸런싱 시작단계에서 기록한 배터리 셀들의 전압 편차와 셀 밸런싱 종료 후의 배터리 셀들의 전압 편차를 비교하는 전압편차 비교단계;
상기 셀 밸런싱 결과를 확인하는 결과 확인단계;
를 포함하여 구성되는 배터리 셀 밸런싱 방법.
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 실시 예에 따른 배터리 셀을 밸런싱하기 위한 시스템 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시 예에 따른 배터리 셀을 밸런싱하기 위한 시스템은 배터리 관리부(100), 배터리 팩(200)으로 구성된다.
상기 배터리 팩(200)은 적어도 두 개 이상의 배터리 뱅크(210)를 포함하여 이루어진다. 상기 배터리 팩은 직렬 및 병렬로 연결된 각각의 배터리 셀(211)을 포함하여 구성되며, 상기 배터리 셀(211)들이 연결되어 하나의 배터리 뱅크(210)를 구성한다. 본 명세서에서 배터리 뱅크(210)란, 서로 연결된 배터리 셀(211)의 그룹을 지칭한다.
복수 개의 배터리 셀(211)이 연결되어 하나의 배터리 뱅크(210)를 구성하고, 적어도 두 개 이상의 배터리 뱅크(210)를 포함하여 상기 배터리 팩(200)이 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관리부(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2와 같이 상기 배터리 관리부(100)는 조건 확인부(110), 검출부(120), 메모리부(130), 비교 판단부(140), 알림부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 조건 확인부(110)는 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 확인할 수 있다. 상기 배터리 셀 밸런싱 진입 조건은, 상기 배터리 셀(211)의 충전 상태를 확인하는 것으로 이루어지며, 상기 배터리 셀(211)이 충전 상태일 경우 셀 밸런싱 진입 조건을 만족한다.
상기 충전 상태 확인 방법은, 상기 배터리 셀(211)에 직렬로 연결된 전류 센싱 저항을 연결하여 상기 셀(211) 양단의 전위차를 측정한다. 상기 측정된 전위차를 이용하여 상기 배터리 셀(211)의 전류가 흐르는 방향을 파악하여 충전상태를 확인한다.
상기 전류 센싱 저항은, 회로의 특정부분에 어느 정도의 전류가 흐르는지 확인하기 위하여 사용하는 극히 낮은 저항을 갖고 있는 저항으로써 상기 저항 값이 매우 낮기 때문에 전류의 흐름을 크게 방해하지 않아, 보다 정확하게 상기 배터리 셀(211)의 전류량을 측정할 수 있다.
상기 검출부(120)는, 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크(210)를 탐지하는 것으로 구성된다.
상기 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크(210)를 탐지하는 방법은, 실시간으로 각 배터리 뱅크(210) 내에 포함된 배터리 셀(211)들의 전압을 측정하여 각 배터리 뱅크 별 전압 편차를 산출한다. 따라서 상기 산출된 배터리 뱅크(210)의 전압 편차가 소정의 기준 값 이상일 경우 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하여, 상기 셀 밸런싱이 필요한 것으로 탐지된 배터리 뱅크(210)에 포함된 배터리 셀(211)의 밸런싱을 시작할 수 있다.
상기 메모리부(130)는, 상기 셀 밸런싱을 시작하는 것으로 판단되었을 경우 셀 밸런싱이 필요한 것으로 탐지된 배터리 뱅크(210)의 전압 편차 및 셀 밸런싱 종료 후 배터리 뱅크(210)의 전압 편차를 기록하여 저장하는 것으로 구성된다.
상기 비교 판단부(140)는, 상기 메모리부(130)에 저장된 셀 밸런싱의 시작 및 종료 전압 편차정보를 수신하여 비교한다. 상기 셀 밸런싱 시작 전압 편차가 종료 후 전압 편차보다 작거나 같을 경우 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단하고, 상기 시작 전압 편차가 종료 후의 전압 편차보다 클 경우 셀 밸런싱이 이루어진 것으로 판단한다.
상기 알림부(150)는, 상기 비교 판단부(140)에서 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되었을 경우, 실패를 알리기 위한 알림을 발생시키고, RMA를 기록하는 것으로 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 만족했을 경우 이루어지는 동작 부분의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선 시작단계(S10)에서 시작된다. 다음으로 상기 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 진입조건 확인단계(S20)가 이루어진다.
상기 진입조건 확인단계(S20)는, 상기 배터리 셀(211)이 충전상태이면 진입조건을 만족하고, 충전상태가 아닐 경우 진입조건을 만족하지 않는 것으로 구성된다.
상기 배터리 셀(211) 충전 상태를 확인하는 방법은, 상기 배터리 셀(211)에 직렬로 연결된 전류 센싱 저항을 연결하여 상기 셀(211) 양단의 전위차를 측정한다. 상기 측정된 전위차를 이용하여 상기 배터리 셀(211)의 전류가 흐르는 방향을 파악하여 충전 상태를 확인할 수 있다.
상기 전류 센싱 저항은, 회로의 특정부분에 어느 정도의 전류가 흐르는지 확인하기 위하여 사용하는 극히 낮은 저항을 갖고 있는 저항으로써, 상기 저항 값이 매우 낮기 때문에 전류의 흐름을 크게 방해하지 않아 보다 정확하게 상기 배터리 셀(211)의 전류량을 측정할 수 있다.
상기 셀 밸런싱 진입조건 확인단계(S20)가 만족되면, 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 배터리 뱅크 탐지단계(S30)가 동작한다. 상기 배터리 뱅크 탐지단계(S21)는, 상기 배터리 뱅크 내에 배터리 셀들의 전압을 측정하고 각 배터리 뱅크 별 전압 편차를 산출한다. 실시간으로 상기 산출된 각 뱅크 별 전압 편차 정보와 소정의 기준 전압 편차를 비교하여, 상기 소정의 기준 전압편차보다 큰 배터리 뱅크를 탐지하는 단계이다.
상기 소정의 기준 전압편차보다 큰 전압편차가 산출된 배터리 뱅크는 상기 배터리 뱅크 내에 포함된 배터리 셀들의 밸런싱이 필요한 것으로 판단되어 셀 밸런싱이 수행될 수 있다.
상기 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크가 탐지되면 셀 밸런싱 시작단계(S40)가 동작하여, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 탐지된 배터리 뱅크의 전압 편차를 기록(S23)한다.
반면, 상기 배터리 뱅크 탐지단계(S30)에서 산출된 각 배터리 뱅크의 전압편차가 소정의 기준 값 이하로 판단되어 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크가 탐지되지 않으면, 셀 밸런싱을 수행하지 않고 시작단계(S10)으로 회귀한다.
또한, 셀 밸런싱이 수행되는 단계(S60)는, 상기 셀 밸런싱이 수행되면서 시작단계(S10)로 회귀한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 만족하지 않았을 경우 이루어지는 동작 부분의 흐름도이다.
상기 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 단계 진입조건 확인단계(S20)에서 상기 배터리 셀이 충전상태가 아닌 경우, 셀 밸런싱을 종료하는 셀 밸런싱 종료단계(S70)로 동작한다.
상기 셀 밸런싱 종료단계(S70)는, 상기 배터리 뱅크(210)내에 포함된 배터리 셀(211)들의 전압을 측정하고, 전압편차를 산출한다. 산출된 전압편차와 소정의 기준 전압을 비교하여 상기 산출된 전압편차가 소정의 기준 전압 이하일 경우, 셀 밸런싱이 필요하지 않은 것으로 판단하여 셀 밸런싱을 종료한다.
반면, 산출된 전압편차가 소정의 기준 전압 이상일 경우 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단되어 시작단계(S10)로 돌아간다.
상기 셀 밸런싱 종료 후에는, 셀 밸런싱이 수행된 배터리 뱅크(210)의 전압편차를 기록하는 종료 전압편차 기록단계(S71)가 이루어진다. 상기 종료 전압편차 기록 후, 상기 시작 전압편차 기록단계(S50)단계에서 기록된 시작 전압편차와 종료 전압편차 기록단계(S71)에서 기록된 종료 전압편차를 비교하는 전압편차 비교단계(S72)가 동작한다. 상기 시작 편차전압이 종료 편차전압보다 작거나 같을 경우, 상기 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되며, 상기 시작 편차전압이 종료 편차전압보다 클 경우 상기 셀 밸런싱이 성공한 것으로 판단된다.
상기 전압편차 비교 결과에 따라 셀 밸런싱 실패 확인단계(S73)의 실패 유무가 결정된다. 상기 시작 편차전압이 종료 편차전압보다 작거나 같은 것으로 확인 되었을 경우, 상기 셀 밸런싱 실패 확인단계(S73)는 셀 밸런싱 실패로 판단하여 실패를 알리는 알림을 발생시키고, RMA를 기록하는 알림 발생 및 RMA 기록단계(S74)가 동작한다.
반면, 시작 편차전압이 종료 편차전압보다 큰 것으로 확인된 경우, 상기 셀 밸런싱 실패 확인단계(S73)는 셀 밸런싱이 성공한 것으로 판단하여 시작단계(S10)로 회귀하는 것으로 구성된다.
추가적으로, 알림 발생 및 RMA 기록단계(S74) 동작 후 상기 종료 편차전압과 소정의 기준 값을 비교하여, 상기 종료 편차전압이 소정의 기준 값 이상인 것으로 판단되면 더 이상 셀 밸런싱을 수행할 수 없는 것으로 판단하여 영구적인 실패로 처리(S75)되는 것을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전체적인 흐름도를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 전체적인 동작을 설명한다.
본 발명의 흐름도는 시작단계(S10)에서 시작된다. 다음으로 상기 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 단계(S20)로 이루어진다. 상기 배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 단계(S20)는 상기 배터리 셀이 충전 상태인지 확인하는 것으로 이루어진다.
상기 배터리 셀 밸런싱 진입 조건이 만족했을 경우, 상기 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 단계(S30)가 동작한다.
반면, 상기 배터리 셀이 충전 상태가 아닐 경우 셀 밸런싱 진입 조건을 만족하지않아 셀 밸런싱 종료단계(S70)가 이루어진다.
우선, 진입 조건을 만족했을 경우 동작하는 단계를 설명한다.
상기 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 단계(S30)가 이루어지며, 상기 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크가 탐지된 것으로 판단되면 상기 배터리 셀 밸런싱 시작단계(S40)가 동작하며, 상기 셀 밸런싱이 시작되면 시작 시점 배터리 뱅크의 전압 편차를 기록(S50)한다.
그러나, 상기 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크가 탐지되지 않은 경우에는 시작단계(S10)로 회귀한다.
상기 셀 밸런싱이 수행되는 단계(S60)는, 상기 셀 밸런싱이 수행되면서 시작단계(S10)로 회귀하는 것으로 구성된다.
상기 셀 밸런싱 진입 조건을 만족하지 않았을 경우 동작하는 단계를 설명한다. 상기 셀 밸런싱 진입 조건을 만족하지 않았을 경우 셀 밸런싱 종료단계(S70)가 진행된다. 상기 셀 밸런싱 종료단계(S70)에서 상기 배터리 셀들의 전압편차가 소정의 기준 값 이상일 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단되어 시작단계(S10)로 돌아간다.
반면, 상기 배터리 셀들의 전압편차가 소정의 기준 값보다 작을 경우 셀 밸런싱은 종료되고, 상기 셀 밸런싱 종료 후 배터리 뱅크 전압편차를 기록한다(S71). 상기 셀 밸런싱 종료 전압편차가 기록되면, 상기 시작 시점 전압편차와 종료 후 전압편차를 비교하고(S72), 셀 밸런싱 실패 유무를 확인하는 단계(S73)가 이루어진다.
상기 셀 밸런싱 실패 유무를 확인하는 방법은, 시작 시점 전압편차가 종료 후 전압 편차보다 작거나 같을 경우 셀 밸런싱 실패로 판단되어 알림 발생 및 RMA 기록(S74)이 이루어지고, 상기 시작 시점 전압 편차가 종료 후 전압 편차보다 클 경우 셀 밸런싱이 이루어진 것으로 판단되어 시작단계(S10)로 회귀하는 것으로 구성된다.
추가적으로, 알림 발생 및 RMA 기록(S74)이 동작한 후, 셀 밸런싱 종료 후에 측정된 전압편차가 소정의 기준 값 이상일 경우 더 이상 셀 밸런싱을 수행할 수 없는 상태로 판단하여 영구적인 실패처리(S75)가 이루어지는 것을 포함할 수 있다.

Claims (11)

  1. 배터리 팩에 포함된 적어도 두 개 이상의 배터리 뱅크를 구성하는 배터리 셀들의 전압을 밸런싱(balancing)하는 배터리 셀 밸런싱 방법에 있어서,
    셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 진입조건 확인단계;
    셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 배터리 뱅크 탐지단계;
    셀 밸런싱을 시작하는 셀 밸런싱 시작단계;
    셀 밸런싱이 필요한 것으로 탐지된 배터리 뱅크 내에 포함된 배터리 셀들의 전압 편차를 기록하는 시작시점 전압편차 기록단계;
    셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 수행단계;
    셀 밸런싱을 종료하는 셀 밸런싱 종료단계; 를 포함하여 구성되며,
    셀 밸런싱 종료단계는,
    상기 셀 밸런싱 종료 후 배터리 뱅크 내의 배터리 셀들의 전압 편차를 기록하는 종료시점 전압편차 기록단계;
    상기 셀 밸런싱 시작단계에서 기록한 배터리 셀들의 전압 편차와 셀 밸런싱 종료 후의 배터리 셀들의 전압 편차를 비교하는 전압편차 비교단계;
    셀 밸런싱 결과를 확인하는 결과 확인단계;
    를 포함하여 구성되는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진입조건 확인단계는,
    배터리 셀이 충전상태일 경우 진입 조건을 만족하며,
    상기 배터리 셀이 충전상태가 아닐 경우 진입 조건을 만족하지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 뱅크 탐지단계는,
    배터리 뱅크를 구성하는 배터리 셀들의 편차가 소정의 기준 값 이상인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 종료단계는,
    배터리 뱅크 내에 배터리 셀들의 전압 편차가 소정의 기준 값 이하일 경우 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 결과 확인단계는,
    셀 밸런싱의 시작시점 전압편차가 종료시점 전압편차보다 작거나 같을 경우, 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단하며,
    상기 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되었을 경우, 알림 및 균일하게 증폭이 되는 출력을 크기로 표시한 값(RMA)을 기록하는 알림 발생단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  6. 배터리 팩에 포함된 적어도 두 개 이상의 배터리 뱅크 내에 포함된 배터리 셀들의 전압을 밸런싱하는 배터리 셀 밸런싱 시스템에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩; 및
    배터리 셀 밸런싱을 관리하는 배터리 관리부; 로 구성되며,
    상기 배터리 관리부는,
    배터리 셀 밸런싱 진입 조건을 확인하는 조건 확인부;
    셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크를 탐지하는 검출부;
    셀 밸런싱 시작 시점 및 종료 후 배터리 뱅크 내의 배터리 셀들의 전압 편차를 기록 및 저장하는 메모리부;
    상기 메모리부에 저장된 전압 편차를 비교하여 셀 밸런싱 결과를 확인하는 비교 판단부; 및
    상기 비교 판단부의 셀 밸런싱 결과에 따라 알림을 발생하는 알림부; 를 포함하여 구성되는 배터리 셀 밸런싱 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비교 판단부는,
    상기 메모리부에 저장된 셀 밸런싱 시작 시점 전압 편차와 종료 후 전압 편차를 비교하여,
    상기 셀 밸런싱 시작 시점 전압 편차가 종료 후 전압 편차보다 작거나 같을 경우, 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 메모리부는,
    셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되었을 경우,
    균일하게 증폭이 되는 출력을 크기로 표시한 값을 기록하는 것을 더 포함하는 배터리 셀 밸런싱 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 알림부는,
    상기 비교 판단부로부터 셀 밸런싱이 실패한 것으로 판단되었을 경우 알림을 발생하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 편차는, 배터리 뱅크를 구성하고 있는 배터리 셀들의 최대 전압과 최저 전압의 차인 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 전압 편차는, 배터리 뱅크를 구성하고 있는 배터리 셀들의 최대 전압과 최저 전압의 차인 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 시스템.
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