KR101569484B1 - Apparatus and method for controlling battery pack with temperature information - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 온도 정보를 이용한 배터리팩의 제어장치는 개별적으로 제어되는 배터리 모듈이 복수 개 구비된 배터리팩; 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 온도센서로부터 측정된 온도 정보가 입력되면 상기 입력된 온도 정보와 비정상 판단의 기준이 되는 기준 온도정보의 차이를 연산하는 연산부; 및 상기 차이값을 이용하여 상기 복수 개 배터리 모듈 중 상기 기준 온도정보를 초과하는 온도 정보를 가진 배터리 모듈을 선별하고 선별된 배터리 모듈의 구동을 제한하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 본 발명에 의하면 배터리팩을 구성하는 배터리모듈마다 개별적인 제어가 가능하여 온도 환경에 따른 배터리 구동의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.A control device for a battery pack using temperature information according to the present invention includes: a battery pack having a plurality of individually controlled battery modules; A temperature sensor for measuring a temperature of the battery module; A calculator for calculating a difference between the inputted temperature information and reference temperature information which is a reference for an abnormality judgment when the measured temperature information is inputted from the temperature sensor; And a controller for selecting a battery module having temperature information exceeding the reference temperature information among the plurality of battery modules using the difference value and for limiting the driving of the selected battery module.
According to the present invention, it is possible to individually control each battery module constituting the battery pack, thereby further improving the efficiency of battery driving according to the temperature environment.
Description
본 발명은 배터리팩의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 배터리팩을 구성하는 배터리 모듈에 대한 복수 개의 온도 정보를 이용하여 개별적인 배터리 모듈을 차등적 내지 선별적으로 구동 제어할 수 있는 온도 정보를 이용한 배터리팩의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control apparatus and method for a battery pack, and more particularly, to a battery pack control apparatus and method for controlling a battery pack using a plurality of temperature information for a battery module constituting a battery pack, The present invention relates to a control apparatus and method for a pack.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.Secondary batteries having high electrical properties such as high energy density and high ease of application according to the product group are widely used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HVs) driven by electric driving sources Has been applied.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.Such a secondary battery is not only a primary advantage that the use of fossil fuel can be drastically reduced, but also produces no by-products resulting from the use of energy, and thus is attracting attention as a new energy source for enhancing environmental friendliness and energy efficiency.
상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 통상적으로 단위 셀(cell)이 복수 개 구성되는 어셈블리와 상기 어셈블리 내지 배터리 모듈이 복수 개로 이루어지며, 상기 셀은 양극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능한 구조가 된다.The battery pack applied to the electric vehicle or the like typically has an assembly in which a plurality of unit cells are formed and a plurality of the assemblies or battery modules and the cell includes a positive electrode collector, a separator, an active material, an electrolyte, And the charge / discharge is possible by the electrochemical reaction between the components.
이러한 충방전을 위한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리팩은 셀에서 어셈블리를 거쳐 배터리가 되기까지 물리적인 보호 장치, 다양한 센싱 수단, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 정밀한 알고리즘이 적용된 펌웨어 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.In addition to the basic structure for such charging and discharging, the battery pack includes a physical protection device from a cell to an assembly through a battery, various sensing means, firmware with a precise algorithm for estimating SOC (State Of Charge), etc. .
이렇게 다양한 화학적 소자와 전기 물리적 소자의 집합체로 구성되는 배터리는 내재적으로 발생되는 전기 화학적 반응의 본질적인 특성상 영구적으로 사용될 수 없으며, 또한, 배터리는 전기 화학적 반응 등에 의하여 스웰링(swelling) 현상이 발생되기도 하며, 누설 전류 등이 발생하여 안전성과 안정성이 확실시 보장되지 않는다는 점 또한 해결되어야 할 과제 중에 하나로 알려져 있다.Such a battery composed of various chemical elements and a collection of electrophysical elements can not be permanently used due to intrinsic characteristics of an electrochemical reaction that occurs internally. In addition, a swelling phenomenon may occur due to an electrochemical reaction or the like of a battery , Leakage current, etc. are generated, and safety and stability are not guaranteed.
이러한 배터리의 본질적인 전기 화학 또는 전기 물리적 특성은 배터리가 사용되는 외부 환경에 영향을 받지 않을 수 없으며, 배터리가 노출되는 외부 환경에 따라 상기 배터리의 내재적인 전기 화학적 특성이 급변하기도 하며, 이에 따라 배터리의 수명이나 안정성, 구동 성능은 크게 영향을 받게 된다.The intrinsic electrochemical or electrophysical characteristics of such a battery can not but be affected by the external environment in which the battery is used and the inherent electrochemical characteristics of the battery change rapidly according to the external environment in which the battery is exposed, Life, stability, and driving performance are greatly affected.
특히 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로 배터리는 온도 조건 환경에 영향을 받게 되는데, 예를 들어 최적 온도가 유지되지 않는 극저온 또는 극고온 등의 온도 악조건에 노출된 상태에서 충방전 과정이 진행되게 되면, 배터리의 충방전 효율성이 낮아지게 되며 이에 따라 정상 구동에 대한 성능 보장이 어려운 문제점이 발생할 수 있다.Particularly, the charging or discharging process of the secondary battery is performed by the electrochemical reaction as described above. Therefore, the battery is affected by the temperature condition environment. For example, the battery is affected by the temperature condition such as cryogenic temperature or extreme high temperature The charging and discharging efficiency of the battery is lowered. As a result, it is difficult to guarantee performance for normal driving.
상기 배터리는 본질적으로 시간의 경과에 따라 그 전기 물리적 특성이 퇴화되는 속성을 가지게 되며, 외부 악조건, 즉, 온도, 고전류 환경, 물리적 충격, 과충전, 과방전, 침수, 과습 등의 환경에 민감한 영향을 받게 되며, 이러한 상태에 노출되는 시간이 장기화되면 될수록, 배터리의 수명이 급감하게 됨은 물론, 정상 범위의 운용을 적정기간 보장할 수 없으며, 또한, 폭발의 위험성이 있어 배터리가 적용된 차량 자체의 안전에 치명적인 위험 요소로 작용될 수도 있다.The battery has inherently degraded electrophysical properties over time and has environmental impacts such as temperature, high current environment, physical shock, overcharge, overdischarge, immersion, The longer the time for which the battery is exposed to such a condition, the shorter the service life of the battery, the longer the operation period of the normal range can not be ensured, and the risk of explosion, It can also be a fatal risk factor.
그러므로 배터리의 안정적 운용은 물론, 배터리의 정상적인 구동을 최대화하고, 경제적인 효율성을 최적화하기 위하여 상기와 같은 배터리 온도 등의 환경에 대한 요소를 반영하여 이를 배터리의 운용 제어에 적용할 필요성이 크게 대두된다고 할 수 있다.Therefore, in order to maximize the normal operation of the battery as well as to optimize the economical efficiency as well as the stable operation of the battery, it is necessary to apply the environmental factor such as the battery temperature to the operation control of the battery can do.
종래 이와 같이 온도 조건을 반영하여 배터리의 구동 등을 제어하는 방법이 개시되고는 있으나, 배터리팩의 전제적인 관점에서의 온도 환경을 반영할 뿐, 배터리팩을 구성하는 배터리 모듈에 대한 개별적인 제어는 적용되지 않고 있다.A method of controlling the operation of the battery by reflecting the temperature condition has been disclosed in the related art. However, the control of the battery module constituting the battery pack may be applied only to the temperature environment of the battery pack .
즉, 배터리팩을 구성하는 일부 배터리 모듈은 반복되는 충방전에 의하여 상당히 고온 환경에 노출되고 있더라도 배터리팩 전체 차원에서 적정 온도가 유지되고 있다고 판단되면, 고온 환경에 노출된 배터리 모듈에 특별한 제어를 수행하지 않는다.That is, if it is determined that the appropriate temperature is maintained in the whole dimension of the battery pack even if some battery modules constituting the battery pack are exposed to a considerably high temperature environment due to repeated charging and discharging, special control is performed on the battery module exposed to the high temperature environment I never do that.
이러한 경우, 고온 환경에 노출된 상기 배터리 모듈은 고온 상태에서 끊임없는 충방전 프로세싱이 이루어지게 되므로 전기 화학적 데미지(손상)가 점차로 증대하여 성능 열화 현상이 가속화될 수 있고, 급기야 배터리팩 전체의 성능 퇴화를 야기시킬 수 있다.In this case, since the battery module exposed to a high-temperature environment is continuously subjected to charge / discharge processing at a high temperature, the electrochemical damage (damage) gradually increases to accelerate the performance deterioration phenomenon, Lt; / RTI >
즉, 배터리 모듈마다 고유한 전기 화학적 성능이나 특성이 다를 수 있으며, 충방전 조건 내지 환경이 다르므로 가동률과 퇴화율 등의 관점에서 각 배터리 모듈은 서로 다른 프로파일을 가질 수 있음에도 불구하고, 배터리 모듈마다의 개별적인 제어없이 배터리팩이라는 하나의 거시적인 관점에서만 온도 조건에 따른 제어를 하는 경우 배터리팩에 상당한 성능 열화를 가져오는 문제점이 발생될 수 있다.That is, since each battery module may have a different electrochemical performance or characteristics, and each battery module may have different profiles in terms of operation rate and degradation rate, There is a possibility that the performance of the battery pack may deteriorate considerably when the control is performed according to the temperature condition only from a single macro view of the battery pack.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 배터리 팩을 구성하는 개별 요소인 배터리모듈에 대한 온도 조건을 개별적으로 모니터링하고, 기준을 초과하는 고온 환경에 노출된 배터리 모듈은 휴지기를 가지도록 제한적으로 운용하고, 상대적으로 고온 환경에 이르지 않은 배터리 모듈을 선별적으로 구동시키는 등 배터리 모듈을 개별 단위로 한 차등화된 운용을 구현할 수 있는 배터리팩의 제어장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to separately monitor the temperature condition of a battery module, which is an individual element constituting a battery pack, The present invention provides a control apparatus and method for a battery pack capable of operating a battery module in a limited manner so as to have a rest period and selectively operating a battery module not reaching a relatively high temperature environment, There is a purpose.
본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention will be described hereinafter, and will be understood by the embodiments of the present invention. Further, the objects and advantages of the present invention can be realized by a combination of the constitution and the constitution shown in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어장치는 개별적으로 제어되는 배터리 모듈이 복수 개 구비된 배터리팩; 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 온도센서로부터 측정된 온도 정보가 입력되면 상기 입력된 온도 정보와 비정상 판단의 기준이 되는 기준 온도정보의 차이를 연산하는 연산부; 및 상기 차이값을 이용하여 상기 복수 개 배터리 모듈 중 상기 기준 온도정보를 초과하는 온도 정보를 가진 배터리 모듈을 선별하고 선별된 배터리 모듈의 구동을 제한하는 제어부를 포함하여 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a battery pack using temperature information, the apparatus comprising: a battery pack having a plurality of individually controlled battery modules; A temperature sensor for measuring a temperature of the battery module; A calculator for calculating a difference between the inputted temperature information and reference temperature information which is a reference for an abnormality judgment when the measured temperature information is inputted from the temperature sensor; And a controller for selecting a battery module having temperature information exceeding the reference temperature information among the plurality of battery modules using the difference value and for limiting the driving of the selected battery module.
여기에서, 상기 제어부는 상기 온도 정보가 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 배터리 모듈인 정상 배터리모듈이 복수 개인 경우, 상기 정상 배터리 모듈 중 상대적으로 낮은 온도 정보를 가진 정상 배터리 모듈을 우선적으로 구동시키도록 구성될 수 있다.Here, when the plurality of normal battery modules are the battery modules whose temperature information does not exceed the reference temperature information, the controller may preferentially drive the normal battery module having the relatively low temperature information among the normal battery modules Lt; / RTI >
또한, 본 발명의 상기 연산부는 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 온도 정보의 평균값을 더 연산하고, 상기 제어부는 상기 평균값보다 낮은 온도 정보를 가지는 정상 배터리 모듈만 선별적으로 구동시키도록 구성하는 것이 바람직하다.Preferably, the operation unit further computes an average value of temperature information that does not exceed the reference temperature information, and the control unit selectively drives only the normal battery modules having temperature information lower than the average value Do.
더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 온도 센서는 정해진 주기로 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하며, 상기 제어부는 구동이 제한되었던 배터리 모듈에서 측정된 다음 주기의 온도 정보가 기준 온도정보를 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 유지하고 상기 기준 온도정보보다 낮은 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 해제하도록 구성될 수 있다.In order to realize a more preferable embodiment, the temperature sensor measures the temperature of the battery module at a predetermined cycle, and when the temperature information of the next cycle measured by the battery module whose driving is restricted exceeds the reference temperature information, The driving restriction of the module is maintained and the driving restriction of the battery module is released when the temperature is lower than the reference temperature information.
한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어방법은 개별적으로 제어되는 배터리 모듈이 복수 개 구비된 배터리팩의 해당 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도측정단계; 상기 측정된 온도 정보가 입력되면 상기 입력된 온도 정보와 비정상 판단의 기준이 되는 기준 온도정보의 차이를 연산하는 연산단계; 및 상기 차이값을 이용하여 상기 복수 개 배터리 모듈 중 상기 기준 온도정보를 초과하는 온도 정보를 가진 배터리 모듈을 선별하고 선별된 배터리 모듈의 구동을 제한하는 제어단계를 포함하여 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a battery pack using temperature information, the method comprising: measuring a temperature of a corresponding battery module of a battery pack having a plurality of individually controlled battery modules; step; Calculating a difference between the input temperature information and reference temperature information that is a criterion for determining abnormality when the measured temperature information is input; And a control step of selecting a battery module having temperature information exceeding the reference temperature information among the plurality of battery modules using the difference value and limiting the driving of the selected battery module.
또한, 본 발명은 상기 온도 정보가 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 배터리 모듈인 정상 배터리모듈이 복수 개인 경우, 상기 정상 배터리 모듈 중 상대적으로 낮은 온도 정보를 가진 정상 배터리 모듈을 우선적으로 구동시키는 구동제어단계를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention is characterized in that when there are a plurality of normal battery modules in which the temperature information does not exceed the reference temperature information, a normal battery module having a relatively low temperature information among the normal battery modules, It is preferable to further comprise the step of
여기에서, 본 발명의 상기 구동제어단계는 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 온도 정보의 평균값을 연산하는 평균값연산단계; 및 상기 평균값보다 낮은 온도 정보를 가지는 정상 배터리 모듈만 선별적으로 구동시키는 선별구동단계를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the drive control step of the present invention may include an average value calculating step of calculating an average value of temperature information that does not exceed the reference temperature information; And a selective driving step of selectively driving only normal battery modules having temperature information lower than the average value.
이와 함께, 본 발명의 상기 온도측정단계는 정해진 주기로 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하며, 상기 제어단계는 구동이 제한되었던 배터리 모듈에서 측정된 다음 주기의 온도 정보가 기준 온도정보를 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 유지하고 상기 기준 온도정보보다 낮은 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 해제하도록 구성될 수 있다.In addition, the temperature measuring step of the present invention measures the temperature of the battery module at a predetermined cycle, and when the temperature information of the next cycle measured by the battery module whose driving is restricted exceeds the reference temperature information, The driving restriction of the module is maintained and the driving restriction of the battery module is released when the temperature is lower than the reference temperature information.
상기 본 발명에 의한 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어 장치 및 방법은 배터리팩이 노출된 온도 조건의 모니터링 및 제어 프로세싱을 상기 배터리팩을 구성하는 배터리 모듈마다 개별적으로 적용함으로써 배터리팩이 더욱 실질적으로 온도 환경에 최적화되도록 운용할 수 있는 효과를 창출할 수 있다.The apparatus and method for controlling a battery pack using temperature information according to the present invention can be applied to a battery pack that constitutes the battery pack, It is possible to create an effect that can be operated optimally.
또한, 배터리팩을 구성하는 배터리 모듈마다 차등적인 제어 프로세싱을 적용하여 개별 배터리 모듈의 정상 성능 구현을 최대화하고 노출된 온도 조건에 따라 휴지 기간 및 구동 기간을 선별적으로 배터리 모듈에 적용하여 고온 환경에 지속적으로 노출됨으로써 발생할 수 있는 성능 열화 현상을 최소화할 수 있다.In addition, by applying differential control processing to each battery module constituting the battery pack, maximization of the normal performance of the individual battery module is maximized and the rest period and the driving period are selectively applied to the battery module according to the exposed temperature condition, It is possible to minimize the performance deterioration that may be caused by continuous exposure.
이러한 본 발명의 효과를 통하여, 배터리의 수명을 증진시키고, 불필요한 비용을 낮출 수 있어 더욱 경제적이고 친환경적인 배터리를 구현할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.Through the effects of the present invention, life of the battery can be improved and unnecessary cost can be lowered, thereby providing a more economical and environmentally friendly battery.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리팩의 제어장치에 대한 구성을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리팩의 제어방법의 과정을 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 각 온도 조건에 따라 배터리 모듈을 차등적으로 제어하는 구성을 예시한 도면,
도 4은 본 발명의 바람직한 다른 실시형태에 따른 각 온도 조건에 따라 배터리 모듈을 차등적으로 제어하는 구성을 예시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a block diagram showing a configuration of a control apparatus for a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of controlling a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
3 is a diagram illustrating a configuration for differentially controlling a battery module according to each temperature condition according to a preferred embodiment of the present invention,
4 is a diagram illustrating a configuration for differentially controlling a battery module according to each temperature condition according to another preferred embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 온도 정보를 이용한 배터리팩의 제어장치(1000)(이하 제어장치로 칭한다)의 구성을 도시한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리팩의 제어 방법의 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 제어 장치 및 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control apparatus 1000 (hereinafter referred to as a controller) of a battery pack using temperature information according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a preferred embodiment FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of controlling a battery pack according to an embodiment of the present invention. FIG. A control device and a control method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제어장치(1000)는 배터리팩(100), 온도센서(200), 연산부(300), 제어부(400) 및 DB부(500)를 포함하여 구성된다.1, the
EV 차량 등에 장착되는 배터리팩(100)은 복수 개의 배터리 모듈(10-1, 10-2,...,10-n)이 차량이나 배터리팩 등의 스펙(specification)에 부합되도록 다양한 방법으로 직렬 또는 병렬로 연결되어 집합된 형태를 이룬다.The
상기 배터리 모듈(10)은 앞서 설명된 바와 같이 복수 개의 이차전지가 집합된 형태인 이차전지 어셈블리를 포함하여, 하나의 배터리 팩을 구성하는 구성요소로서 배터리팩의 BMS(Battery Management System) 등에 의하여 개별적인 제어가 가능한 개체라면 그 지칭되는 명칭에 제한되지 않는다.As described above, the
본 발명은 종래 개시된 온도 제어 시스템 내지 장치와는 달리 배터리팩((100)을 대상으로 온도를 모니터링하고 제어하는 것이 아니라 배터리팩(100)을 구성하는 개별 배터리 모듈(10)을 단위로 온도 조건을 모니터링하고 이를 구동 제어에 반영하는 구성을 제안한다.Unlike the conventional temperature control system or device, the present invention is not limited to monitoring and controlling the temperature of the battery pack (100), but may be a temperature control method in which the individual battery module (10) constituting the battery pack (100) And suggests a configuration that reflects this in drive control.
이를 위하여 본 발명의 온도센서(200-1, 200-2,...,200-n)는 복수 개 배터리모듈(10) 각각에 구비되어 해당하는 배터리모듈(10)의 온도를 센싱(S200)하는 기능을 수행한다.The temperature sensors 200-1, 200-2, ..., 200-n of the present invention are provided in each of the plurality of
상기 복수 개의 배터리모듈(10)은 본질적인 용량의 차이, 물리적 전기적 성능의 차이를 비롯하여, SOC(State Of Charge) 부등(不等) 현상, BMS의 제어 상태, 전극 간 절연 저항의 차이, 부분적 스웰링 현상 등 다양한 원인에 의하여 동일하지 않은 온도 분포를 가질 수 있다. 즉, 상기와 같은 다양한 원인에 의하여 배터리팩(100)을 이루는 복수 개의 배터리 모듈은 서로 다른 온도 분포 조건을 형성할 수 있게 된다.The plurality of
본 발명은 이와 같은 현상을 배터리 제어에 적용하기 하기 위한 구성으로서 이오 같이 개별 배터리모듈(10)마다 온도를 각각 측정하고 이와 같이 측정된 복수 개의 온도 정보는 후속 프로세싱을 위하여 본 발명의 연산부(300)로 입력된다.The present invention is a configuration for applying such a phenomenon to the battery control. The temperature of each
본 발명의 연산부(300)는 상기 온도센서로부터 측정된 온도 정보가 입력되면 상기 입력된 온도 정보와 비정상 판단의 기준이 되는 기준 온도정보의 차이를 연산하는 프로세싱을 수행한다(S205).When the measured temperature information from the temperature sensor is inputted, the
상기 기준 온도 정보는 배터리팩 또는 단위 개체를 이루는 배터리 모듈의 크기 내지 사양, 스펙, 구성된 이차전지의 개수, 전기 차량의 탑재 환경 등에 의하여 다양한 값으로 설정될 수 있음은 물론이다.The reference temperature information may be set to various values depending on the size, specifications, specifications, the number of the configured secondary batteries, the mounting environment of the electric vehicle, and the like of the battery pack or the battery module constituting the unit entity.
상기와 같이 연산된 결과값인 차이값은 본 발명의 제어부(400)로 입력되며, 본 발명의 제어부(400)는 상기 차이값을 이용하여 상기 복수 개 배터리 모듈(10) 중 상기 기준 온도정보를 초과하는 온도 정보를 가진 배터리 모듈(10)이 존재하는지 판단하고(S210) 그 대상 배터리 모듈을 선별하여, 선별된 배터리 모듈(10)의 구동을 제한하는 프로세싱을 수행한다(S220).The difference value, which is a result of the calculation as described above, is input to the
이와 같이 정상 온도 범위를 초과하는 배터리 모듈(10) 즉, 과열되었다고 판단되는 배터리 모듈(10)의 구동을 제한하는 방법은 당업자 간에 다양한 형태가 가능한데, 그 일례로 가가 배터리모듈(10)마다 구비되는 릴레이(20)를 오프(OFF)시켜 배터리팩이 사용되지 않도록 차단하는 방법을 포함하여, 충전 또는 방전을 일부분 제한적으로 운용하거나, SOC(Stage Of Charge), 출력 전압 등을 기준으로 특정 기준값 이상을 넘어서지 않는 범위에서만 구동되도록 배터리 모듈(10)의 전력원으로서의 기능을 제한하는 방법 등을 들 수 있다.A method for restricting the operation of the
이와 같이 배터리팩(100)을 구성하는 복수 개의 배터리모듈(10) 중 정상 온도 범위를 벗어나 과열되고 있다고 판단되는 배터리 모듈(10)만을 선택하여 차등적으로 제어함으로써 배터리 모듈(10)의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있게 된다.In this way, only the
또한, 상기 온도 센싱 및 이를 통한 선별적 제한 구동에 대한 제어는 소정 주기로 반복적으로 이루어지도록 구성될 수 있다.In addition, the temperature sensing and the selective limiting driving through the temperature sensing may be repeatedly performed at predetermined intervals.
만약 특정 배터리모듈(10)이 단순히 충방전 과정에서 일시적으로 과열된 것이라면, 다음 주기의 온도 센싱 과정에서는 상기 구동 제한에 의하여 충방전 프로세싱의 휴지기를 거치게 되므로 구동이 제한되었던 배터리 모듈(10)은 정상적인 온도로 낮아질 수 있다.If the
이와 같이 정상적인 온도로 낮아지면 선행적으로 수행되었던 구동 제한을 본 발명의 제어부(400)가 해제하여 정상 구동이 되도록 제어한다. 만약, 다음 주기의 온도 측정 과정에서도 여전히 과열 상태로 판단되면 상기 구동 제한 프로세싱을 유지하여 충방전 등의 구동 과정에 해당 배터리 모듈(10)이 참가하지 않도록 제어하게 된다.When the temperature is lowered to the normal temperature, the
이와 같은 프로세싱을 통하여 본질적인 문제를 가지는 해당 배터리 모듈(10)과 일시적이고 비본질적인 과열 상태에 놓인 배터리 모듈(10)을 구분할 수 있으므로 본질적이고 지속적인 문제를 가지는 배터리모듈(10)의 구동은 계속적으로 제한하여 배터리팩(100) 운용의 안전성을 향상시킬 수 있고, 일시적인 과열 상태 등에 있는 배터리모듈(10)의 경우 적절한 기간의 휴지기를 가지도록 하고 정상 온도로 복귀하는 경우 다시 충방전 프로세싱이 이루어지도록 제어할 수 있어 더욱 효율적인 활용이 가능하도록 구성할 수 있다.Since the
또한, 본 발명의 제어부(400)는 배터리모듈(10)의 활용을 더욱 최적화하기 위하여 상기 온도 정보가 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 배터리 모듈인 정상 배터리모듈이 복수 개인 경우, 복수 개 배터리모듈(10) 전부를 운용하지 않고, 그 중 상대적으로 낮은 온도 정보를 가지고 있는 배터리모듈(10)을 설정된 기준에 의거하여 선별하여 선별된 정상 배터리모듈이 선택적 또는 우선적으로 구동되도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.In order to further optimize the utilization of the
도 3을 참조하여 보충적으로 설명하면 다음과 같다.A supplementary explanation will be given with reference to FIG.
상기 예시에서 우선 구동의 대상이 되는 정상 배터리 모듈(10)이 3개로 설정되었다고 가정한다. 도 3에 도시된 바와 같이 측정된 온도 정보가 기준온도보다 낮은 상태를 가지는 배터리모듈 즉 정상배터리모듈은 a,d,e 및 f로 4개이다. 앞서 설명된 바와 같이 b 및 c 배터리 모듈(10)은 현재 기준온도보다 높은 온도 상태에 있으므로 구동이 제한되는 배터리모듈에 해당한다.In the above example, it is assumed that three
상기와 같이 정상배터리모듈이 4개이나, 배터리 온도에 따른 성능 최적화를 위하여 상대적으로 더 낮은 온도 정보를 가지는 배터리로서 우선 구동으로 설정된 3개의 배터리만 구동되도록 구성하면, 상기 정상배터리모듈 a,d,e 및 f 중 온도가 낮은 d(1순위), f(2순위) 및 a(3순위) 배터리모듈이 우선적으로 구동되도록 제어한다(S230).If the normal battery modules a, d, and d are configured to drive only the three batteries set as the first drive as relatively low temperature information for optimizing the performance according to the battery temperature, (2), and a (3) battery modules having lower temperatures of e and f are controlled to be driven preferentially (S230).
이와 같이 상대적으로 낮은 온도 정보를 가진 배터리모듈이 우선적으로 구동에 참가하면 충방전 구동에 의하여 온도가 올라가게 되면 상기 우선 순위를 자동적으로 변경되게 되고 구동에 참가하는 배터리 모듈이 상호 변경되게 된다.If the battery module having relatively low temperature information participates in the driving, the priority is automatically changed when the temperature is raised by the charge / discharge drive, and the battery modules participating in the driving are changed.
이러한 방법론에 의하여 구동이 이루어지는 대상 배터리 모듈이 지속적으로 변경될 수 있어 배터리 모듈들은 적절한 휴지기와 구동 참가의 시기를 반복하게 되어 최적의 온도 조건을 가지는 배터리모듈만으로 구동이 이루어져 최적화된 성능을 구현할 수 있게 된다.In this methodology, the target battery module to be driven can be continuously changed, so that the battery modules repeat an appropriate sleeping period and a period of drive participation, so that only the battery module having the optimum temperature condition is driven, do.
한편, 첨부된 도 4와 같은 실시형태에 의하여 선별적인 배터리 모듈 구동이 이루어지도록 구성할 수 있다.Meanwhile, it is possible to selectively drive the battery module according to the embodiment as shown in FIG.
도 3의 실시형태와 온도 조건이 동일하다고 가정하는 경우, 정상 구동 온도를 가지는 배터리는 앞서 설명된 예와 같이 a, d, e 및 f 4개의 배터리 모듈이 되며, 이들만의 온도 정보에 대한 평균 온도는 11.5℃가 된다.Assuming that the temperature condition is the same as the embodiment of FIG. 3, the battery having the normal driving temperature is a, d, e, and f four battery modules as in the example described above. The temperature is 11.5 占 폚.
이와 같이 본 발명의 연산부(300)는 상기와 같이 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 온도 정보의 평균값을 연산(S231)하고 그 평균값 정보를 본 발명의 제어부로 출력한다.As described above, the
평균값(11.5℃)에 대한 정보가 본 발명의 제어부(400)로 입력되면 본 발명의 제어부(400)는 정상 배터리 모듈들(10) 중 상기 평균값(11.5℃)보다 낮은 온도 정보를 가진 배터리모듈(10)만이 선별적으로 구동되도록 제어한다(S233).When the information on the average value (11.5 deg. C) is input to the
상기와 같은 구성에 의하여 배터리 모듈(10)의 현재 온도 분포에 따라 다양한 선별 구동이 가능하며, 정상 온도 분포를 가지는 배터리 모듈 중 상대적으로 낮은 온도를 가지는 배터리 모듈(10)이 우선적으로 선택 구동되는 방법으로 운용되므로 온도 분포의 전반적인 평활화(equalization)을 구현할 수 있게 되어 배터리 모듈의 성능을 더욱 지속적으로 유지할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.According to the above configuration, various sorting operations can be performed according to the current temperature distribution of the
또한, 소정 주기별로 측정되는 온도 정보, 구동이 제한된 배터리모듈에 대한 정보, 구동이 제한된 시간 정보 등을 DB부(500)에 저장시켜 일종의 블랙박스 기능의 구현을 위한 이력 데이터로 활용될 수 있도록 하는 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 함께, 차량의 키가 오프(OFF)되는 등의 배터리 구동의 종료 조건이 충족될 때까지(S240) 앞서 설명된 본 발명의 프로세싱은 순환적으로 지속되도록 구성될 수 있다.In addition, temperature information measured in predetermined periods, information on a limited battery module, limited time information on driving, and the like can be stored in the
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
한편 본 발명을 설명함에 있어, 도 1 등에 도시된 본 발명의 제어장치(1000)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다. In the description of the present invention, it should be understood that each component of the
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.That is, since each configuration corresponds to a logical component for realizing the technical idea of the present invention, even if each component is integrated or separated, if the functions performed by the logical configuration of the present invention can be realized, It is to be understood that any component that performs the same or similar function should be interpreted as falling within the scope of the present invention regardless of the consistency of the name.
10 : 배터리 모듈 100 : 배터리 팩
200 : 온도 센서 300 : 연산부
400 : 제어부 500 : DB부
1000 : 제어장치10: Battery module 100: Battery pack
200: temperature sensor 300:
400: control unit 500: DB unit
1000: Control device
Claims (8)
상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도센서;
상기 온도센서로부터 측정된 온도 정보가 입력되면 상기 입력된 온도 정보와
비정상 판단의 기준이 되는 기준 온도정보의 차이를 연산하는 연산부; 및
상기 차이값을 이용하여 상기 복수 개 배터리 모듈 중 상기 기준 온도정보를 초과하는 온도 정보를 가진 배터리 모듈을 선별하고 선별된 배터리 모듈의 구동을 제한하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 온도 정보가 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 배터리 모듈인 정상 배터리모듈이 복수 개인 경우, 상기 정상 배터리 모듈 중 상대적으로 낮은 온도 정보를 가진 정상 배터리 모듈을 우선적으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어장치. A battery pack having a plurality of individually controlled battery modules;
A temperature sensor for measuring a temperature of the battery module;
When the measured temperature information is inputted from the temperature sensor,
An arithmetic unit for calculating a difference of reference temperature information serving as a reference of abnormality determination; And
And a controller for selecting a battery module having temperature information exceeding the reference temperature information among the plurality of battery modules using the difference value and for limiting driving of the selected battery module,
Wherein,
Wherein the normal battery module having relatively low temperature information among the normal battery modules is preferentially driven when the number of normal battery modules is a battery module in which the temperature information does not exceed the reference temperature information. Used battery pack control device.
상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 온도 정보의 평균값을 더 연산하고,
상기 제어부는,
상기 평균값보다 낮은 온도 정보를 가지는 정상 배터리 모듈만 선별적으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어장치.The apparatus according to claim 1,
Further calculating an average value of temperature information that does not exceed the reference temperature information,
Wherein,
And selectively drives only normal battery modules having temperature information lower than the average value.
정해진 주기로 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하며,
상기 제어부는,
구동이 제한되었던 배터리 모듈에서 측정된 다음 주기의 온도 정보가 기준 온도정보를 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 유지하고 상기 기준 온도정보보다 낮은 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 해제하는 것을 특징으로 하는 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어장치.4. The temperature sensor according to claim 3,
Measuring a temperature of the battery module at a predetermined cycle,
Wherein,
The driving restriction of the battery module is maintained when the temperature information of the next cycle measured in the battery module whose driving is limited exceeds the reference temperature information and the driving restriction of the battery module is released when the temperature information is lower than the reference temperature information. The battery pack control device using the temperature information.
상기 측정된 온도 정보가 입력되면 상기 입력된 온도 정보와 비정상 판단의 기준이 되는 기준 온도정보의 차이를 연산하는 연산단계; 및
상기 차이값을 이용하여 상기 복수 개 배터리 모듈 중 상기 기준 온도정보를 초과하는 온도 정보를 가진 배터리 모듈을 선별하고 선별된 배터리 모듈의 구동을 제한하는 제어단계를 포함하며,
상기 온도 정보가 상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 배터리 모듈인 정상 배터리모듈이 복수 개인 경우, 상기 정상 배터리 모듈 중 상대적으로 낮은 온도 정보를 가진 정상 배터리 모듈을 우선적으로 구동시키는 구동제어단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어방법.A temperature measuring step of measuring a temperature of a corresponding battery module of a battery pack having a plurality of individually controlled battery modules;
Calculating a difference between the input temperature information and reference temperature information that is a criterion for determining abnormality when the measured temperature information is input; And
And a control step of selecting a battery module having temperature information exceeding the reference temperature information among the plurality of battery modules using the difference value and restricting the driving of the selected battery module,
And a drive control step of preferentially driving a normal battery module having relatively low temperature information among the normal battery modules when there are a plurality of normal battery modules in which the temperature information does not exceed the reference temperature information Wherein the temperature information is stored in the battery pack.
상기 기준 온도정보를 초과하지 않은 온도 정보의 평균값을 연산하는 평균값연산단계; 및
상기 평균값보다 낮은 온도 정보를 가지는 정상 배터리 모듈만 선별적으로 구동시키는 선별구동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어방법.6. The method according to claim 5,
An average value calculating step of calculating an average value of temperature information that does not exceed the reference temperature information; And
And selectively driving only a normal battery module having temperature information lower than the average value.
정해진 주기로 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하며,
상기 제어단계는,
구동이 제한되었던 배터리 모듈에서 측정된 다음 주기의 온도 정보가 기준 온도정보를 초과하는 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 유지하고 상기 기준 온도정보보다 낮은 경우 상기 배터리 모듈의 구동 제한을 해제하는 것을 특징으로 하는 온도 정보를 이용한 배터리팩 제어방법.
8. The method of claim 7,
Measuring a temperature of the battery module at a predetermined cycle,
Wherein the control step comprises:
The driving restriction of the battery module is maintained when the temperature information of the next cycle measured in the battery module whose driving is limited exceeds the reference temperature information and the driving restriction of the battery module is released when the temperature information is lower than the reference temperature information. The battery pack control method using the temperature information.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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