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KR101182336B1 - Cell voltage ballancing control method of battery management system - Google Patents

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KR101182336B1
KR101182336B1 KR1020090086672A KR20090086672A KR101182336B1 KR 101182336 B1 KR101182336 B1 KR 101182336B1 KR 1020090086672 A KR1020090086672 A KR 1020090086672A KR 20090086672 A KR20090086672 A KR 20090086672A KR 101182336 B1 KR101182336 B1 KR 101182336B1
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balancing
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battery management
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이정용
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이정용
주식회사 레오모터스
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Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법은 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용되는 배터리 관리 시스템(Battery management system)의 복수의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법에 있어서, 각각의 셀 전압의 크기를 식별하는 단계; 복수의 셀 전압들 중 임의로 선택된 두 개의 셀 전압의 차이가 기준치 미만인지를 판별하는 단계; 및 상기 두 개의 셀 전압의 차이가 기준치를 초과하거나 기준치와 같은 경우, 상기 각각의 셀 전압의 크기가, 비교레퍼런스로 설정된 제1구간 레퍼런스 영역과 제2구간 레퍼런스 영역 중 어느 영역에 속하는지를 판별하는 단계;를 구비하여서, 그 판별결과에 따라 서로 다른 두 개의 밸런싱 전압으로 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a control method for cell voltage balancing of a battery management system. A control method for cell voltage balancing of a battery management system according to the present invention is a control method for balancing a plurality of cell voltages of a battery management system (Battery management system) used in an automobile using electric energy, each cell voltage of the Identifying a size; Determining whether a difference between two randomly selected cell voltages among the plurality of cell voltages is less than a reference value; And when the difference between the two cell voltages is greater than or equal to a reference value, determining whether the magnitude of each cell voltage belongs to a first section reference region or a second section reference region set as a comparison reference. And cell balancing by two different balancing voltages according to the determination result.

배터리 관리 시스템, 셀 전압, 셀 밸런싱 Battery Management System, Cell Voltage, Cell Balancing

Description

배터리 관리 시스템의 복수의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법{Cell voltage ballancing control method of battery management system}Cell voltage ballancing control method of a battery management system {Cell voltage ballancing control method of battery management system}

본 발명은 전기 자동차의 복수의 셀 전압 밸런싱에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용되는 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 효율적으로 수행할 수 있도록 제어흐름이 개선된 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plurality of cell voltage balancing of an electric vehicle. More particularly, the present invention relates to a battery management system having improved control flow to efficiently perform cell voltage balancing of a battery management system used in an electric vehicle using electric energy. Cell voltage balancing.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.Automobiles using internal combustion engines that use gasoline or heavy oil as their main fuels have serious effects on pollution, such as air pollution. Therefore, in recent years, efforts have been made to develop an electric vehicle or a hybrid vehicle in order to reduce pollution.

전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.An electric vehicle is an automobile that uses a battery engine operated by electric energy output from a battery. Such an electric vehicle uses no battery as a main power source because a plurality of secondary cells capable of charging and discharging are used as a pack has no exhaust gas and has a very small noise.

한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동 차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.A hybrid vehicle, on the other hand, is an intermediate vehicle between an automobile using an internal combustion engine and an electric vehicle, and a vehicle using two or more power sources, such as an internal combustion engine and a battery engine. At present, a hybrid vehicle of a hybrid type has been developed, such as using a fuel cell that directly generates an electric energy by chemical reaction while continuously supplying an internal combustion engine and hydrogen and oxygen, or uses a battery and a fuel cell.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류를 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Managament System, 이하 BMS)이 절실히 요구되는 실정이다.As such, the vehicle using electric energy has a direct effect on the performance of the battery. Therefore, the performance of each battery cell must be excellent, and each battery cell is measured by measuring the voltage of each battery cell and the voltage and current of the entire battery. The battery management system (BMS) that can efficiently manage the charging and discharging of the (BMS) is urgently required.

이러한 배터리 관리 시스템에 있어서 각 배터리 셀에 대해서 미리 지정된 용인 가능한 범위 내에서 전압이 분포하도록 전압 불균형을 수정하여야 한다. 예컨대, 배터리 모듈 내의 각 배터리 셀 중에서 과충전되는 배터리 셀을 검색한 후 이러한 배터리 셀에 대해서는 방전을 통하여 과충전을 해서하여 다른 배터리 셀과의 전압 불균형을 수정한다. 이러한 전압 불균형의 수정을 이하 "셀 밸런싱"이라 지칭한다.In such a battery management system, the voltage imbalance must be corrected so that the voltage is distributed within a predetermined acceptable range for each battery cell. For example, after searching for overcharged battery cells among the battery cells in the battery module, the battery cells are overcharged by discharging to correct the voltage imbalance with other battery cells. This correction of voltage imbalance is referred to hereinafter as "cell balancing".

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기에너지를 이용하는 자동차의 배터리 관리 시스템의 각 셀에 대한 전압 밸런싱을 효율적으로 수행할 수 있는 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been made in view of the above necessity, and an object of the present invention is to provide a control method capable of efficiently performing voltage balancing for each cell of a battery management system of an automobile using electric energy.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각각의 셀 전압의 크기를 식별하는 단계; 복수의 셀 전압들 중 임의로 선택된 두 개의 셀 전압의 차이가 기준치 미만인지를 판별하는 단계; 및 상기 셀 전압의 차이가 기준치를 초과하거나 기준치와 같은 경우, 상기 각각의 셀 전압의 크기가, 비교레퍼런스로 설정된 제1구간 레퍼런스 영역과 제2구간 레퍼런스 영역 중 어느 영역에 속하는지를 판별하는 단계;를 구비하여서, 그 판별결과에 따라 서로 다른 두 개의 밸런싱 전압으로 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of identifying the magnitude of each cell voltage; Determining whether a difference between two randomly selected cell voltages among the plurality of cell voltages is less than a reference value; And when the difference between the cell voltages is greater than or equal to a reference value, determining whether the magnitude of each cell voltage belongs to a region of the first section reference region and the second section reference region set as a comparison reference; It is characterized in that the cell balancing is performed with two different balancing voltages according to the determination result.

본 발명은 상기 셀 전압의 밸런싱을 위한 모드가 충전모드인지를 판별하는 단계;를 더 구비하여서, 상기 모드가 충전모드인 경우에 작은 크기를 가지는 셀을 상기 밸런싱 전압으로 충전시킴으로써 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.The method may further include determining whether a mode for balancing the cell voltage is a charging mode, so that cell balancing is performed by charging a cell having a small size with the balancing voltage when the mode is a charging mode. It is desirable to.

상기 충전모드는 자동차 주행 중 브레이크 페달이 눌려진 경우를 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다.The charging mode is preferably configured to include a case where the brake pedal is pressed while driving the vehicle.

상기 셀 전압의 밸런싱을 위한 모드가 방전모드인지를 판별하는 단계;를 더 구비하여서, 상기 모드가 방전모드인 경우에 큰 크기를 가지는 셀을 상기 밸런싱 전압으로 방전시킴으로써 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.Determining whether a mode for balancing the cell voltage is a discharge mode; and further comprising discharging a cell having a large size to the balancing voltage when the mode is a discharge mode. Do.

상기 제1구간 레퍼런스 영역과 제2구간 레퍼런스 영역 중 최소 기준치가 더 작은 값을 가지는 영역의 경우 상기 두 개의 밸런싱 전압들 중 더 큰 밸런싱 전압으로 셀 밸런싱이 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.In the case where the minimum reference value is smaller among the first section reference region and the second section reference region, the cell balancing may be performed using a larger balancing voltage among the two balancing voltages.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법은 각 셀의 전압이 두 개의 레퍼런스 영역 중 어느 영역에 속하는지를 판별하여 서로 다른 크기의 셀 전압으로 밸런싱을 수행하도록 함으로써, 셀 밸런싱 저항을 줄일 수 있고 셀 밸런싱의 효율을 높일 수 있는 효과를 가진다. In the control method for cell voltage balancing of the battery management system according to the present invention having the configuration as described above, it is determined by which cell voltage of each cell belongs to the two reference regions to perform balancing with different cell voltages of different sizes. By doing so, it is possible to reduce the cell balancing resistance and increase the efficiency of cell balancing.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a control method for cell voltage balancing of a battery management system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 일실시예의 제어흐름을 보인 도면이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 방전모드에서의 제어흐름을 보인 도면이다. 1 is a view showing a control flow of an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a control flow in the discharge mode of an embodiment of the present invention.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용되는 배터리 관리 시스템(Battery management system)의 복수의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법에 관한 것으로, 배터리 팩을 구성하는 각각의 셀 전압의 크기를 식별하는 단계와, 복수의 셀 전압들 중 임의로 선택된 두 개의 셀 전압의 차이가 기준치 미만인지를 판별하는 단계와, 각각의 셀 전압의 크기가 이분된 비교영역들 중 어느 영역에 속하는지를 판별하는 단계를 포함하여 이루어진다.As shown in these figures, the present invention relates to a control method for balancing a plurality of cell voltages of a battery management system used in a vehicle using electric energy, and each cell voltage constituting a battery pack. Identifying a magnitude of the voltage, determining whether a difference between two arbitrarily selected cell voltages among the plurality of cell voltages is less than a reference value, and determining which one of the divided comparison areas is the magnitude of each cell voltage. A determination is made.

한편, 본 실시예에서는, 상기 각 셀 전압의 크기를 식별하기 이전에 셀 전압의 밸런싱을 위한 모드가 충전모드인지 방전모드인지를 판별하는 단계가 구비된다. 예컨대, 상기 밸런싱 모드가 충전모드인 경우에는 작은 크기를 가지는 셀을 충전하는 방법에 의해 밸런싱이 이루어지고, 상기 밸런싱 모드가 방전모드인 경우에는 큰 크기의 셀을 방전하는 방법에 의해 밸런싱이 이루어진다.Meanwhile, in the present embodiment, a step of determining whether the mode for balancing the cell voltage is a charge mode or a discharge mode before identifying the magnitude of each cell voltage is provided. For example, balancing is performed by charging a cell having a small size when the balancing mode is a charging mode, and balancing is performed by discharging a large size cell when the balancing mode is a discharge mode.

상기 충전모드는, 브레이크 페달이 눌려지거나 정지상태에서의 배터리 충전이 이루어지는 경우 등을 예로 들 수 있고, 방전모드는 악셀레이터가 눌려진 경우 등 등을 예로 들 수 있다. 여기서, 상기 브레이크 페달이 눌려진 경우는 회생 제동이 이루어지는 경우를 의미하는데, 상기 회생 제동은 전동기를 발전기로서 작동시켜 운동에너지를 전기에너지로 변환해 회수하여 제동력을 발휘하는 전기 제동 방법이다.The charging mode may include, for example, a case where the brake pedal is pressed or the battery is charged in a stationary state, and the discharge mode may, for example, have been pressed with the accelerator. Here, when the brake pedal is pressed, it means a case in which regenerative braking is performed. The regenerative braking is an electric braking method in which a braking force is exerted by converting kinetic energy into electrical energy and recovering it by operating an electric motor as a generator.

상기 두 개의 셀 전압의 차이가 기준치(본 실시예에서는 0.05V) 미만인지 여부의 판별결과 기준치 미만인 경우에는 각 셀 간의 전압의 오차가 허용범위에 속하는 경우에 해당하여 그 두 개의 셀 간의 밸런싱이 요구되지 않게 되고, 기준치 이상인 경우에는 상기 각각의 셀 전압의 크기가 비교레퍼런스로 설정된 제1구간 레퍼런스 영역과 제2구간 레퍼런스 영역들 중 어느 영역에 속하는지를 판별하게 된다.If the difference between the two cell voltages is less than the reference value (0.05V in the present embodiment), the difference between the voltages of each cell is within the allowable range, and the balancing between the two cells is required. When the reference value is greater than or equal to the reference value, it is determined whether the magnitude of each cell voltage belongs to one of the first section reference region and the second section reference region set as the comparison reference.

예를 들어, 상기 제1구간 레퍼런스 영역은 각 셀전압이 2.7V 이상 4.0V 미만 사이의 전압 영역이고 상기 제2구간 레퍼런스 영역은 각 셀전압이 4.0V이상 4.2V 미만 사이의 전압 영역으로 설정될 수 있다.For example, the first section reference region may be set to a voltage region between each cell voltage of 2.7 V and less than 4.0 V, and the second section reference region may be set to a voltage region of 4.0 V or more and less than 4.2 V. Can be.

본 실시예에서는, 상기 제1구간 레퍼런스 영역과 제2구간 레퍼런스 영역 중 최소 기준치가 더 작은 값을 가지는 영역의 경우 상기 두 개의 밸런싱 전압들 중 더 큰 밸런싱 전압으로 셀 밸런싱이 이루어지도록 구성된다.In the present embodiment, in the case where the minimum reference value of the first section reference region and the second section reference region has a smaller value, cell balancing is performed using a larger balancing voltage among the two balancing voltages.

즉, 상기 각 셀 전압의 크기가 상기 제1구간 레퍼런스 영역에 해당하는 경우에는 0.05V로 셀 밸런싱이 수행되고, 상기 제2구간 레퍼런스 영역에 해당하는 경우에는 0.01V로 셀 밸런싱이 수행된다. 결국, 각 셀 전압 구간에서 요구되는 충전용량에 따라 원하는 밸런싱 전압을 서로 다르게 함으로써, 상대적으로 충전이 활발하게 이루어져야 하는 구간에서는 큰 크기의 충전전압으로 충전이 되도록 하고, 충전요구량은 작되 셀 밸런싱이 요구되는 구간에서는 작은 크기의 충전전압으로 충전이 되도록 함으로써, 충전저항을 줄일 수 있게 됨에 따라 효율적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있는 것이다.That is, when the magnitude of each cell voltage corresponds to the first section reference region, cell balancing is performed at 0.05V, and when it corresponds to the second section reference region, cell balancing is performed at 0.01V. As a result, by varying the desired balancing voltage according to the charging capacity required in each cell voltage section, in a section where charging is to be actively performed, the charging is performed at a large charging voltage, and the charging requirement is small but cell balancing is required. In this section, the charging resistance can be reduced by charging at a small charging voltage, thereby enabling efficient cell balancing.

한편, 상기 충전모드에서의 셀 밸런싱이 이루어지는 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 작은 크기의 전압을 가지는 셀을 충전시킴으로써 셀 밸런싱이 이루어지게 된다. 반대로, 상기 방전모드에서의 셀 밸런싱이 이루어지는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 큰 크기의 전압을 가지는 셀을 방전시킴으로써 셀 밸런싱이 이루어지게 된다.Meanwhile, when cell balancing is performed in the charging mode, as shown in FIG. 1, cell balancing is performed by charging a cell having a small voltage. On the contrary, when cell balancing is performed in the discharge mode, as shown in FIG. 2, cell balancing is performed by discharging a cell having a large voltage.

이와 같이, 본 실시예에서는 자동차 주행 중의 어느 상황에서도 셀 밸런싱이 이루어지도록 구성됨으로써, 각 셀 간의 전압 불균형으로 인한 문제점이 야기되는 것을 효율적으로 극복할 수 있는 것이다. As described above, in this embodiment, the cell balancing is performed in any situation while driving the vehicle, thereby effectively overcoming the problem caused by the voltage imbalance between the cells.

이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명이 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다. As mentioned above, although preferred embodiment about this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It is defined by what was described in the claim, and it is clear that various deformation | transformation and adaptation are possible in the technical field to which this invention belongs. Do.

도 1은 본 발명 일실시예의 제어흐름을 보인 도면.1 is a view showing a control flow of an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명 일실시예의 방전모드에서의 제어흐름을 보인 도면.2 is a view showing a control flow in the discharge mode of an embodiment of the present invention.

Claims (5)

전기 에너지를 이용하는 자동차에 사용되는 배터리 관리 시스템(Battery management system)의 복수의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법에 있어서,In the control method for a plurality of cell voltage balancing of a battery management system (Battery management system) used in a vehicle using electric energy, 각각의 셀 전압의 크기를 식별하는 단계;Identifying the magnitude of each cell voltage; 복수의 셀 전압들 중 임의로 선택된 두 개의 셀 전압의 차이가 기준치 미만인지를 판별하는 단계; 및Determining whether a difference between two randomly selected cell voltages among the plurality of cell voltages is less than a reference value; And 상기 셀 전압의 차이가 상기 기준치를 초과하거나 상기 기준치와 같은 경우, 상기 각각의 셀 전압의 크기가, 비교레퍼런스로 설정된 제1구간 레퍼런스 영역과 제2구간 레퍼런스 영역 중 어느 영역에 속하는지를 판별하는 단계;를 구비하여서, 상기 어느 영역에 속하는지를 판별하는 단계의 판별 결과에 따라 서로 다른 두 개의 밸런싱 전압으로 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법.When the difference in the cell voltage exceeds or is equal to the reference value, determining which area of the first section reference region and the second section reference region has a magnitude of each cell voltage set as a comparison reference; And a cell balancing based on two different balancing voltages according to a determination result of the step of determining which area the cell belongs to. 2. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 셀 전압의 밸런싱을 위한 모드가 충전모드인지를 판별하는 단계;를 더 구비하여서, 상기 모드가 충전모드인 경우에 작은 크기를 가지는 셀을 상기 밸런싱 전압으로 충전시킴으로써 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법.And determining whether a mode for balancing the cell voltage is a charging mode. When the mode is a charging mode, cell balancing is performed by charging a cell having a small size with the balancing voltage. A control method for cell voltage balancing of a battery management system. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 충전모드는 자동차 주행 중 브레이크 페달이 눌려진 경우를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법.The charging mode is a control method for cell voltage balancing of the battery management system, characterized in that configured to include a case where the brake pedal is pressed while driving the vehicle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 셀 전압의 밸런싱을 위한 모드가 방전모드인지를 판별하는 단계;를 더 구비하여서, 상기 모드가 방전모드인 경우에 큰 크기를 가지는 셀을 상기 밸런싱 전압으로 방전시킴으로써 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법.And determining whether a mode for balancing the cell voltage is a discharge mode, wherein the cell is balanced by discharging a cell having a large size to the balancing voltage when the mode is a discharge mode. A control method for cell voltage balancing of a battery management system. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1구간 레퍼런스 영역과 제2구간 레퍼런스 영역 중 최소 기준치가 더 작은 값을 가지는 영역의 경우 상기 두 개의 밸런싱 전압들 중 더 큰 밸런싱 전압으로 셀 밸런싱이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 셀 전압 밸런싱을 위한 제어방법.The battery management system of claim 1, wherein in the case of a region having a smaller minimum reference value among the first section reference region and the second section reference region, cell balancing is performed using a larger balancing voltage among the two balancing voltages. Control method for cell voltage balancing.
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