KR101574548B1 - Apparatus and method for charging battery pack - Google Patents
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Abstract
본 발명의 배터리 팩 충전 장치는 복수 개의 이차전지 셀로 이루어진 배터리 팩; 상기 배터리 팩의 전력을 부하로 공급하는 전력 라인; 상기 전력 라인과 전기적으로 연결되는 충전 라인; 상기 충전라인과 상기 각 이차전지 셀 사이에 개재되는 릴레이를 포함하는 스위칭부; 상기 이차전지 셀 각각의 전압을 측정하는 측정부; 및 상기 전력 라인의 전력 중 상기 충전 라인을 통하여 분기되는 충전 전력이 상기 측정된 전압 중 상대적으로 낮은 전압에 해당하는 이차전지 셀로 유입되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 본 발명에 의하면 부하 구동을 유지함과 동시에 최적화된 방법으로 전압 편차가 발생된 이차전지 셀을 추가 충전할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.The battery pack charging apparatus of the present invention comprises a battery pack comprising a plurality of secondary battery cells; A power line for supplying power of the battery pack to a load; A charging line electrically connected to the power line; A switching unit including a relay interposed between the charging line and each of the secondary battery cells; A measurement unit for measuring a voltage of each of the secondary battery cells; And a control unit for controlling the relay of the switching unit so that the charging power of the power line, which is branched through the charging line, flows into the secondary battery cell corresponding to a relatively low voltage of the measured voltage.
According to the present invention, it is possible to provide an effect of additionally charging a secondary battery cell in which a voltage deviation is generated by an optimized method while maintaining a load driving.
Description
본 발명은 배터리 팩의 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 부하 등에 공급되는 공급 전력의 일부를 분기시켜 이를 추가적인 충전에 활용하는 구성을 채용하여 배터리 팩을 구성하는 복수 개의 이차전지의 전압 편차에 따른 성능 저하 현상을 효과적으로 극복하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
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 어셈블리가 복수 개로 이루어지는 구성으로 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, and the cell includes a positive electrode collector, a separator, an active material, an electrolyte, an aluminum thin film layer And the charge / discharge is possible by the electrochemical reaction between the components.
이러한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 알고리즘이 적용되어 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.In addition to this basic structure, the battery pack can be used as a power supply control for a driving load of a motor or the like, an electric characteristic value measurement such as a current or a voltage, a charging / discharging control, a voltage equalization control, a state of charge A battery management system (BMS) for monitoring and controlling the state of the secondary battery is further included.
최근에는, 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지의 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있으며 상기 이차전지는 이러한 스마트 그리드 시스템에서의 효과적인 에너지 저장 및 활용원으로도 주목되고 있다.In recent years, the issue of depletion of energy resources by fossil fuels, issues of environmental pollution, and economical efficiency of energy use have been highlighted. Thus, it is necessary to effectively overcome the inconsistency between power consumption and power production, A smart grid system that flexibly adjusts the power supply amount in connection with various information communication infrastructures in order to solve overload caused by waste and power supply shortage is actively researched and the secondary battery is effective in such a smart grid system Energy storage and utilization.
통상적으로 배터리 팩은 직렬 및/또는 병렬 구조로 연결되는 복수 개의 이차전지로 구성되는데, 상기 배터리 팩이 모터, 발전기, 전기 계통 시설 등의 부하에 공급되는 전력은 상기 복수 개의 이차전지의 전기적 연결에 의한 하나의 시스템 계통에서 이루어진다고 볼 수 있다.Generally, the battery pack is constituted by a plurality of secondary batteries connected in series and / or parallel structure. The power supplied to the load of the motor pack, the generator, the electric system facility, etc. of the battery pack is transmitted to the electric connection of the plurality of secondary batteries In the system.
상기 배터리 팩을 구성하는 복수 개의 이차전지는 사용 시간이 경과됨에 따른 본질적인 특성 또는 제조 환경의 차이, 시스템 적용의 다원성 등에 기인하여 전지들 간의 용량(capacity) 성능의 차이가 발생하게 되고 이는 충방전에 의한 해당 이차전지 셀의 단자 전압의 차이 또는 SOC(State Of Charge)차이를 발생시키게 된다.A plurality of secondary batteries constituting the battery pack are different in capacity performance from each other due to intrinsic characteristics or manufacturing environment differences due to the lapse of use time, A difference in terminal voltage of the corresponding secondary battery cell or a state of charge (SOC) difference is generated.
이러한 차이는 쿨롬 효율 등에 의하여 기인하는 전지들의 개별적인 동적 상태의 차이들로부터 발생되기도 한다고 알려져 있는데, 이와 같이 상대적인 전기적 특성의 차이를 가지는 복수 개의 이차전지가 하나의 배터리 팩으로서 구동하는 경우 성능이 저하된 특정 이차전지에 의하여 배터리 팩 전체의 충전 또는 방전 능력이 제한되는 문제점이 발생하게 된다.It is known that such a difference is caused by differences in the dynamic states of individual batteries due to the Coulomb efficiency and the like. When the plurality of secondary batteries having the relative difference in electrical characteristics are driven as one battery pack, There is a problem that the charging or discharging ability of the entire battery pack is limited by the specific secondary battery.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래는 극히 높은 전기적 특성값(SOC 또는 전압 등)을 가지는 이차전지 셀이 보유한 충전량을 소모시키는 버킹(bucking) 기법 을 통하여 이차전지들의 전기적 특성값을 균등하게 하거나 또는 외부와의 선별적 차단 상태를 유지하고 전기적 특성값이 낮은 이차전지만을 대상으로 개별적인 추가 충전 작업을 수행하는 부스팅(boosting) 등의 방법이 이용되고 있다.In order to solve such a problem, conventionally, a secondary battery cell having an extremely high electrical characteristic value (such as SOC or voltage) consumes a charged amount, and a bucking technique is used to equalize the electrical characteristic values of the secondary batteries, Boosting, which is performed separately for the rechargeable battery having a low electrical characteristic value, is carried out.
그러사 상기의 방법은 방전 저항 등과 같은 추가적인 전기 소자를 필요로 하여 그 과정이 복잡함은 물론 실제 각 전압 등을 평활화시키는데 상당한 시간이 소요되고 있으며, 외부 기기와의 차단 상태를 유지하여야 하는 등의 비효율적인 메카니즘이 적용되고 있는 문제점이 있다고 할 수 있다.Therefore, the above-described method requires additional electric elements such as discharge resistance, so that the process is complicated. In addition, it takes a considerable time to smooth the actual voltages and the like. Ineffective Which is a problem in that the mechanism is applied.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수 개 이차전지 셀 간의 전압 편차를 더욱 간단하고 경제적인 방법으로 해소할 수 있는 방전 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a discharge device and method capable of solving the voltage deviation between a plurality of secondary battery cells by a simple and economical method, have.
본 발명의 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 배터리 팩의 충전 장치는 복수 개의 이차전지 셀로 이루어진 배터리 팩; 상기 배터리 팩의 전력을 부하로 공급하는 전력 라인; 상기 전력 라인과 전기적으로 연결되는 충전 라인; 상기 충전라인과 상기 각 이차전지 셀 사이에 개재되는 릴레이를 포함하는 스위칭부; 상기 이차전지 셀 각각의 전압을 측정하는 측정부; 및 상기 전력 라인의 전력 중 상기 충전 라인을 통하여 분기되는 충전 전력이 상기 측정된 전압 중 상대적으로 낮은 전압에 해당하는 이차전지 셀로 유입되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack charging apparatus comprising: a battery pack including a plurality of secondary battery cells; A power line for supplying power of the battery pack to a load; A charging line electrically connected to the power line; A switching unit including a relay interposed between the charging line and each of the secondary battery cells; A measurement unit for measuring a voltage of each of the secondary battery cells; And a control unit for controlling the relay of the switching unit so that the charging power of the power line, which is branched through the charging line, flows into the secondary battery cell corresponding to a relatively low voltage of the measured voltage.
여기에서, 상기 제어부는 상기 측정된 전압 중 가장 낮은 전압에 해당하는 이차전지 셀로 상기 충전 전력이 유입되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 것이 더욱 바람직하며, 상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 각 이차전지 셀의 전압이 오차 범위 내에서 동일해지면 상기 충전 전력의 공급이 중단되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하도록 구성될 수 있다.Here, it is preferable that the controller controls the relay of the switching unit so that the charging power flows into the secondary battery cell corresponding to the lowest voltage among the measured voltages. And to control the relay of the switching unit so that supply of the charging power is interrupted when the voltage of the cell becomes equal within an error range.
또한, 본 발명은 상기 부하로 공급하는 상기 배터리 팩의 전력 크기를 조정하는 조정부를 더 포함하고, 이 때, 상기 제어부는 상기 부하로 공급될 전력과 상기 충전 전력을 합한 전력이 상기 부하로 공급되도록 상기 조정부를 제어한다.Further, the present invention may further include an adjustment unit that adjusts a power magnitude of the battery pack supplied to the load, wherein the control unit controls the power supplied to the load to be supplied to the load, And controls the adjustment unit.
여기에서, 상기 조정부는 상기 배터리 팩이 공급하는 전압의 크기 또는 상기 부하와 배터리 팩 사이의 저항의 크기를 가변시키는 가변 소자로 이루어지도록 구성된다.Here, the adjustment unit is configured to include a variable device that varies the magnitude of the voltage supplied by the battery pack or the magnitude of the resistance between the load and the battery pack.
바람직하게 본 발명은 상기 측정부에서 측정된 이차전지 셀 각각의 전압에 대한 평균값을 연산하는 연산부를 더 포함하고, 이 때, 상기 제어부는 상기 평균값보다 작은 전압을 가지는 이차전지 셀로 상기 충전 전력이 공급되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어할 수 있다.Preferably, the present invention further includes an operation unit for calculating an average value of the voltage of each of the secondary battery cells measured by the measuring unit, wherein the control unit is operable to supply the charging power to the secondary battery cell having a voltage lower than the average value, So that the relay of the switching unit can be controlled.
또한, 상기 연산부는 상기 평균값보다 작은 전압과 상기 평균값의 차이값을 연산하고, 이 때 상기 제어부는 상기 차이값에 따라 차등적인 충전 전력이 공급되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하도록 구성할 수 있으며, 더욱 바람직하게 상기 차이값에 따라 차등적인 충전 전력이 공급되도록 상기 릴레이의 온오프 시간을 차등적으로 제어하도록 구성할 수 있다.The control unit may control the relay of the switching unit so that the differential charging power is supplied according to the difference value, and further, the control unit may control the relay of the switching unit so that the differential charging power is supplied in accordance with the difference value. Off time of the relay so that differential charging power is supplied according to the difference value.
한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩 충전 방법은 복수 개의 이차전지 셀로 이루어진 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 전력을 부하로 공급하는 전력 라인, 상기 전력 라인과 전기적으로 연결되는 충전 라인 및 상기 충전라인과 상기 각 이차전지 셀 사이에 개재되는 릴레이를 포함하는 스위칭부를 포함하는 배터리 팩 장치에서 배터리팩을 충전하는 방법으로서, 상기 이차전지 셀 각각의 전압을 측정하는 측정단계; 및 상기 전력 라인의 전력 중 상기 충전 라인을 통하여 분기되는 충전 전력이 상기 측정된 전압 중 상대적으로 낮은 전압에 해당하는 이차전지 셀로 유입되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 제어단계를 포함하여 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of charging a battery pack, the method including charging a battery pack including a plurality of secondary battery cells, a power line supplying power to the battery pack, A method for charging a battery pack in a battery pack device including a charging line connected to the secondary battery cell and a relay including a relay interposed between the charging line and each secondary battery cell, ; And a control step of controlling the relay of the switching unit so that the charging power that is branched through the charging line among the power of the power line flows into the secondary battery cell corresponding to a relatively low voltage of the measured voltage .
상기 본 발명은 배터리 팩을 구성하는 복수 개 이차전지 (셀)간의 전압 불균일 현상이 발생하는 경우 모터 등의 구동 부하에 공급되는 공급 전력원의 일부를 분기시키는 방법을 통하여 상대적으로 낮은 전압을 가지는 이차전지를 충전할 수 있어 더욱 효율적으로 전압 편차에 의한 성능 저하 현상을 극복할 수 있다.According to the present invention, when a voltage nonuniformity phenomenon occurs between a plurality of secondary cells (cells) constituting a battery pack, a part of a supplied power source supplied to a driving load of a motor or the like is branched, The battery can be charged, which can more effectively overcome the performance degradation due to the voltage deviation.
또한, 간단한 구조적 변경만으로도 종래 배터리 팩 시스템에 적용할 수 있어 장치 확장성을 더욱 용이하게 구현할 수 있음은 물론, 모터 등에 전력을 공급함과 동시에 추가 충전 작업을 진행할 수 있어 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can be applied to a conventional battery pack system by a simple structural change, so that device expandability can be more easily implemented. Further, power can be supplied to a motor and an additional charging operation can be performed.
즉, 부하 등에 공급되는 전력의 일부를 분기시킴으로써 모터 등의 부하 구동을 단속시키지 않고 부하 구동의 연속성을 유지함과 동시에 전압 편차에 의한 성능 저하를 효율적으로 개선할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.That is, by branching a part of the power supplied to the load or the like, it is possible to maintain the continuity of the load drive without interrupting the load drive of the motor or the like, and to effectively improve the performance degradation due to the voltage deviation.
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 일 실시예에 의한 충전 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 상기 도 1의 충전 장치에 대한 구성을 더욱 구체적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 충전 방법을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 충전 방법을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 충전 방법을 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 충전 방법의 과정을 도시한 흐름도이다.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 the configuration of a charging apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a view showing the configuration of the charging apparatus of FIG. 1 in more detail;
3 is a view for explaining a charging method according to a preferred embodiment of the present invention,
4 is a view for explaining a charging method according to another preferred embodiment of the present invention,
5 is a view for explaining a charging method according to another preferred embodiment of the present invention,
6 is a flowchart illustrating a charging method according to a 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 배터리 팩의 충전 장치(이하 충전 장치로 칭한다)(1000)에 대한 구성을 도시한 블록도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 팩의 충전 방법에 대한 과정을 도시한 흐름도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charging device (hereinafter referred to as a charging device) 1000 of a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention. Fig. 3 is a flowchart showing a process of charging a pack. Fig.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 충전 장치(1000)는 배터리 팩(100), 전력 라인(200), 충전 라인(300), 스위칭부(400), 측정부(500), 제어부(600), 조정부(700) 및 연산부(800)를 포함하여 구성된다.1, the
상기 배터리 팩(100)은 복수 개의 이차전지 셀이 하나의 군으로 이루어진 것으로서 상기 복수 개 이차전지 셀은 배터리 팩(100)이 적용되는 응용 장치의 특성에 따라 직렬, 병렬 또는 직/병렬 등의 다양한 방법으로 전기적으로 연결된다.The
이와 같이 다양한 방법에 의하여 전기적으로 연결되는 복수 개의 이차전지 셀로 구성되는 배터리 팩(100)은 구동 모터 등의 부하(50)에 전력을 공급하는 기능을 수행하며, 상기 전력 공급은 배터리 팩(100)과 부하(50) 사이를 전기적으로 연결하는 전력 라인(200)을 통하여 이루어진다.The
본 발명은 앞서 설명된 바와 같이 부스팅이나 버킹 등과 같은 복잡한 방법에 의하여 전압 편차가 발생된 이차전지를 충전하는 것이 아니라 상기 전력 라인(200)을 통하여 부하(50)에 공급되는 전력의 일부를 분기시키고 분기된 전력을 추가 충전의 대상이 되는 이차전지 셀로 공급하는 방법을 제안한다.The present invention does not charge a secondary battery in which a voltage deviation is generated by a complicated method such as boosting or bucking as described above, but rather branches a part of the power supplied to the
이를 위하여 본 발명의 충전 장치(1000)는 상기 전력 라인과 전기적으로 연결되며 후술되는 스위칭부(400)와 전기적으로 연결되는 충전 라인(300)을 형성한다. To this end, the
상기 전력 라인(200)을 통하여 부하(50)에 공급되는 전력의 일부가 분기 내지 피드백되며, 피드백되는 충전 전력은 이하에서 설명되는 바와 같은 메커니즘을 거쳐 전압 편차를 해소하기 위하여 상대적으로 낮은 전압을 형성하는 이차전지 셀로 공급된다.A portion of the power supplied to the
도 2에 도시된 바와 같이 상기 충전 라인(300)과 상기 이차전지 셀(110) 사이에는 스위칭부(400)부가 개재되는데, 상기 스위칭부(400) 내에는 상기 충전 라인(300)과 이차전지 셀(110) 각각에 대한 전기적 연결의 온오프를 스위칭하는 릴레이(410)가 이차전지 셀(110)의 수에 대응되는 개수로 구비된다.2, a
상기 릴레이(410)는 본 발명의 제어부(600)에 의하여 온 또는 오프(ON/OFF)가 제어되며, 상기 릴레이(410)는 전기적 신호에 의하여 온오프가 제어되는 전기 전자 소자라면 제한되지 않고 당업자 수준에서 적용될 수 있음은 물론이다. The
본 발명의 측정부(500)는 상기 배터리 팩(100)을 구성하는 각각의 이차전지 셀(110)의 전압값을 측정하는 기능을 수행한다(S600). 앞서도 설명된 바와 같이 본 발명은 복수 개의 이차전지 셀(110) 각각의 전압 편차가 발생하는 경우 배터리 팩(100)의 성능 저하 현상이 발생될 수 있으므로 이를 효과적으로 극복하기 위하여 상기와 같이 우선, 각 이차전지 셀(110)의 전압값을 측정하여 전압 편차가 발생되고 있는지 여부를 모니터링한다.The
상기 전압 편차 현상은 이차전지 셀(110)의 내재 저항 변화, 쿨롬 효율, 이차 전지 내부의 충방전 효율, 전기 접속 단자의 구조적 문제 등을 비롯하여 다양한 원인에서 유발될 수 있으며, 모든 이차 전지가 동일한 공정 하에게 제조된다고 하더라고(실제로는 다른 공정, 다른 제조원 또는 다른 제조 시점을 가질 수 있다) 적용되는 전기 장비의 환경이나 내부 전해질, 파우치 절연성, 활물질 변화 등에 따라 외부에서 관찰되는 전압을 포함한 전기적 특성값은 서로 동일하지 않은 상태에 놓일 수 있다.The voltage deviation may be caused by various causes including variations in the internal resistance of the secondary battery cell 110, the efficiency of the Coulomb, the charging and discharging efficiency of the secondary battery, the structural problem of the electric connection terminal, The electrical characteristics including the voltages observed from the outside depending on the environment of the applied electric equipment, internal electrolytes, pouch insulation, active material changes, etc., They can be placed in the same state.
이와 같이 상기 측정부(500)에서 각 이차전지 셀(110)의 전압이 측정되면, 측정된 전압값은 본 발명의 제어부(600)로 입력된다. 본 발명의 제어부(600)는 상기 입력된 전압값에 오차 범위를 기준으로 전압 편차가 발생하였는지 판단한다(S610).When the voltage of each secondary battery cell 110 is measured by the
본 발명의 제어부(600)는 전지별로 전압 편차가 발생하였다고 판단되는 경우, 상기 전력 라인(200)의 전력 중 상기 충전 라인(300)을 통하여 분기되는 충전 전력이 상기 측정된 전압 중 상대적으로 낮은 전압에 해당하는 이차전지 셀(110)로 유입되도록 이에 해당하는 릴레이(410)의 온오프를 제어한다.When it is determined that a voltage deviation has occurred on a battery-by-battery basis, the
예를 들어, 배터리 팩(100)이 5개의 이차전지 셀(110)로 구성되고, 각각의 측정 전압이 도 3에 도시된 바와 같다고 가정하는 경우, 본 발명의 제어부(600)는 상기 5개의 이차전지 셀(110) 중 상대적으로 낮은 이차전지 셀(110)인 #2 이차전지 셀(110) 등을 대상으로 추가 충전을 진행한다.For example, when it is assumed that the
즉, 상기 스위칭부(400)를 구성하는 릴레이(410) 중 상기 #2 이차전지 셀(110)에 해당하는 릴레이를 온(ON)시켜, 상기 전력 라인에서 분기 내지 피드백 되는 충전 전력이 상기 #2 이차전지 셀(110)로 유입되도록 제어한다.That is, a relay corresponding to the # 2 secondary battery cell 110 among the
배터리 팩(100)의 관점에서의 전기적 특성값은 배터리 팩(100)을 구성하는 내부 이차전지 셀(110)의 가장 낮은 전기적 특성값에 제한을 받을 가능성이 가장 높다고 볼 수 있으므로 측정된 전압 중 상대적으로 낮은 전압 특성을 나타내는 이차전지 셀(110)로 충전 전력이 공급되도록 제어하되, 가장 낮은 전압 특성을 나타내는 이차전지 셀로 충전 전력이 공급되도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.It is considered that the electrical characteristic value from the viewpoint of the
즉, 상기 도 3의 실시예에서 시스템 내부적으로 상대적으로 낮은 전압을 형성하는 2개 또는 3개의 이차전지 셀을 대상으로 추가 충전이 진행되도록 프로세싱될 수 있음은 물론이며, 더욱 바람직한 실시형태를 구현하기 위하여 상기와 같이 가장 낮은 전압에 해당하는 단수 개의 이차전지만을 대상으로 추가 충전이 진행되도록 프로세싱될 수 있다.That is, in the embodiment of FIG. 3, it is possible to process two or three secondary battery cells forming a relatively low voltage internally in the system so as to perform additional charging, The additional charging may be performed on only a single number of secondary cells corresponding to the lowest voltage as described above.
이와 같은 프로세싱을 통하여 상대적으로 낮은 또는 가장 낮은 이차전지 셀(110)에 충전 전력이 공급되도록 제어하며, 그 후 상기 측정부(500)에서 측정된 각 이차전지 셀의 전압이 오차 범위 내에서 동일해지면(S640) 본 발명의 제어부(600)는 상기 충전 전력의 공급이 중단되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어한다(S650).When the voltage of each of the secondary battery cells measured by the measuring
상기와 같은 추가 충전에 대한 프로세싱을 더욱 개선시키기 위하여 본 발명은 연산부(800)를 더 포함할 수 있는데, 추가 충전의 대상이 되는 이차전지 셀(110)이 더욱 선별적으로 결정되도록 상기 본 발명의 연산부(800)는 상기 측정부(500)에서 측정된 이차전지 셀 각각의 전압에 대한 평균값을 연산하도록 구성된다(S621). In order to further improve the processing for the additional charging as described above, the present invention may further include an
이와 같이 이차전지 셀 각각의 전압에 대한 통계치인 평균값이 연산되면, 본 발명의 제어부(600)는 이차전지 셀을 대상으로 추가 충전 프로세싱을 진행하되, 상기 연산된 평균값보다 작은 전압을 가지는 이차전지 셀로 상기 충전 전력이 공급되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어한다.When the average value, which is a statistical value of the voltage of each secondary battery cell, is calculated, the
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 각 측정 전압에 대한 평균값(4.08V)이 연산되면, 본 발명의 제어부(600)는 상기 평균값보다 작은 전압을 가지는 대상 이차전지 셀(110)을 선별한다. 상기 도 4의 예시에서 4.08V보다 작은 전압을 가지는 이차전지 셀(110)은 #1 및 #2 이차전지 셀이 된다. That is, when the average value (4.08 V) for each measured voltage is calculated as shown in FIG. 4, the
이와 같이 추가 충전의 대상이 되는 이차전지 셀(110)이 결정되면, 본 발명의 제어부(600)는 상기와 같이 평균 전압값보다 작은 전압을 가지는 이차전지 셀(110)로 충전 전력이 공급되도록 해당하는 릴레이(410)을 온 시키고 다른 릴레이(410)를 오프시켜 선별된 이차전지 셀만을 대상으로 추가 충전이 진행되도록 제어한다.When the secondary battery cell 110 to be subjected to the additional charging is determined as described above, the
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 연산부(800)는 상기 평균값보다 작은 전압과 상기 평균값의 차이값을 연산하고(S623), 그 차이값에 대한 결과 데이터가 입력되면 본 발명의 상기 제어부(600)는 상기 차이값에 따라 차등적인 충전 전력이 공급되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하며(S625), 상기 스위칭부의 릴레이의 제어는 온오프 되는 시간을 차등적으로 제어하는 방법이 가장 바람직하다.5, the
이와 같은 방법을 통하여 충전 전력을 실시형태에 따라 전기적 특성을 가장 효과적으로 유지할 수 있도록 구성하여 전압 편차 발생 시 최적화된 추가 충전 프로세싱을 진행할 수 있다.In this way, it is possible to maintain the electrical characteristics most effectively according to the embodiment of the charging power, so that the additional charging processing optimized when the voltage deviation occurs can be performed.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예에서는 전압 측정이 측정 주기별로 지속적으로 이루어지므로 일 싸이클에서 추가 충전의 대상이 되었던 이차전지 셀(110)이 다음 순환에서 반드시 추가 충전의 대상이 된다고 볼 수 없으며, 앞서 설명된 추가 충전 등에 의하여 그 대상이 지속적으로 모니터링되고 변화될 수 있으므로 앞서 설명된 본 발명의 실시예에서의 전압 모니터링, 대상 선별 및 추가 충전 등의 프로세싱은 순환적으로 적용된다고 이해되어야 한다.In the embodiment of the present invention described above, since the voltage measurement is continuously performed for each measurement period, the secondary battery cell 110, which has been subjected to additional charging in one cycle, can not be regarded as an object of additional charging in the next cycle, It should be understood that the processing of voltage monitoring, object sorting, and additional charging in the embodiment of the present invention described above is applied cyclically since the object may be continuously monitored and changed by the above-described additional charging or the like.
한편, 상기와 같이 부하에 공급되는 전력의 일부를 분기시키는 방법에 의할 경우, 실제 부하에 공급되는 전력의 일부가 감소되게 된다. 그러나 상기 감소된 전력은 배터리 팩(100) 자체의 성능을 유지 및 개선시키기 위하여 사용되므로 그 효율성이 낮아진다고 볼 수 없으며 도리어 장기적 사용으로 볼 때, 정상 성능을 유지하고 그 수명을 개선시킬 수 있는 측면에서 더욱 큰 효율성이 있다고 볼 수 있다.On the other hand, when the method of branching a part of the electric power supplied to the load as described above, a part of the electric power supplied to the actual load is reduced. However, since the reduced power is used to maintain and improve the performance of the
이와 관련하여 실제 공급될 전력이 만약 30W라고 가정하고 추가 충전으로 그 중 2W가 충전 전력으로 사용된다면, 본 발명의 제어부(600)는 상기 부하로 공급하는 상기 배터리 팩의 전력 크기를 조정하는 조정부(700)를 제어하여, 상기 부하로 공급될 전력과 상기 충전 전력을 합한 전력인 32W가 상기 부하로 공급되도록 제어하여, 실제 부하에 30W 수준의 전력이 지속적으로 공급될 수 있도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.If it is assumed that the actual power to be supplied is 30 W and 2 W of the additional charge is used as the charging power, the
물론, 추가 충전에 대한 순환 주기가 짧거나 실시간으로 적용되는 경우 이에 대한 오차 범위가 발생할 수는 있으나, 이와 같은 구성을 통하여 실제 전기 차량 등을 운행하는 사용자가 30W정도의 출력으로 모터를 구동시키고자 하는 경우, 상기와 같은 메커니즘을 통하여 미리 추가 충전으로 이용될 전력을 고려하여 전체적으로 32W가 배터리 팩에서 출력될 수 있도록 제어함으로써 사용자 수준에서 자신이 의도한 전력에 의한 부하 구동 등을 유지할 수 있게 된다. Of course, when the circulation period for the additional charge is short or when it is applied in real time, an error range may occur. However, through such a configuration, a user operating an electric vehicle or the like drives the motor with an output of about 30 W , 32 W can be output from the battery pack as a whole considering the power to be used for additional charging through the above-described mechanism, so that the load driving by the power of the user at the user level can be maintained.
상기 조정부(600)는 상기 배터리 팩이 공급하는 전압의 크기 또는 상기 부하와 배터리 팩 사이의 저항의 크기를 가변시키는 가변 소자로 구성할 수 있으며, 본 발명의 제어부(800)는 상기 가변 소자를 조정함으로써 상기와 같이 전체 출력이 고려된 전력이 공급될 수 있도록 제어한다.The
차량의 키가 오프되거나 시스템에 정해진 다른 종료 조건 등이 충족되면 상기 프로세싱은 종료된다(S660).If the key of the vehicle is turned off or other termination conditions set in the system are met, the processing is terminated (S660).
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.
또한, 본 발명의 설명에 있어 제1, 제2 등과 같은 표현은 상호 간의 각 구성을 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐, 특정의 순서, 우선순위, 중요성 등을 객관적이고 물리적으로 구분하기 위하여 사용되는 용어이거나 절대적인 기준에서 물리적인 기준에서 물리적인 구성을 구분하기 위하여 사용된 용어가 아님은 자명하다.In addition, in the description of the present invention, the first and second expressions are terms of the instrumental concept used to relatively distinguish each constitution of each other, and the specific order, priority, importance, , Or it is obvious that it is not a term used to distinguish physical configurations from physical standards in absolute standards.
한편, 본 발명을 설명함에 있어, 도 1 등에 도시된 본 발명의 충전 장치(1000)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다. In the meantime, in describing the present invention, each configuration of the
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 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 constitution corresponds to a logical constituent element for realizing the technical idea of the present invention, even if each constituent element is integrally or separately performed, if the function performed by the logical constitution 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.
100: 배터리 팩 110: 이차전지 셀
200: 전력라인 300: 충전라인
400: 스위칭부 410: 릴레이
500: 측정부 600: 제어부
700: 조정부 800: 연산부
50: 부하100: Battery pack 110: Secondary battery cell
200: power line 300: charging line
400: switching part 410: relay
500: Measuring section 600: Control section
700: Adjustment unit 800: Operation unit
50: Load
Claims (16)
상기 배터리 팩의 전력을 부하로 공급하는 전력 라인;
상기 전력 라인을 통하여 상기 부하로 공급되는 전력의 일부를 분기시켜 충전 전력으로 이용하는 충전 라인;
상기 충전라인과 상기 각 이차전지 셀 사이에 개재되는 릴레이를 포함하는 스위칭부;
상기 이차전지 셀 각각의 전압을 측정하는 측정부;
상기 측정부에서 측정된 이차전지 셀 각각의 전압에 대한 평균값을 연산하고, 상기 평균값보다 작은 전압과 상기 평균값의 차이값을 더 연산하는 연산부; 및
상기 평균값보다 작은 전압을 가지는 이차전지 셀로 상기 차이값에 따라 차등적인 충전 전력이 공급되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 장치.A battery pack comprising a plurality of secondary battery cells;
A power line for supplying power of the battery pack to a load;
A charging line for branching a part of electric power supplied to the load through the electric power line and using the electric power as charging electric power;
A switching unit including a relay interposed between the charging line and each of the secondary battery cells;
A measurement unit for measuring a voltage of each of the secondary battery cells;
A calculator for calculating an average value of the voltage of each of the secondary battery cells measured by the measuring unit and further calculating a difference between the voltage smaller than the average value and the average value; And
And a controller for controlling the relay of the switching unit so that a differential charging power is supplied to the secondary battery cell having a voltage lower than the average value according to the difference value.
상기 측정부에서 측정된 각 이차전지 셀의 전압이 오차 범위 내에서 동일해지면 상기 충전 전력의 공급이 중단되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 장치.The apparatus of claim 1,
Wherein the control unit controls the relay of the switching unit so that the supply of the charging power is stopped when the voltage of each secondary battery cell measured by the measuring unit becomes equal within an error range.
상기 부하로 공급하는 상기 배터리 팩의 전력 크기를 조정하는 조정부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 부하로 공급될 전력과 상기 충전 전력을 합한 전력이 상기 부하로 공급되도록 상기 조정부를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 장치.The method according to claim 1,
Further comprising an adjustment unit for adjusting a power level of the battery pack supplied to the load,
Wherein,
Wherein the control unit controls the adjustment unit so that the power supplied to the load and the sum of the charging power are supplied to the load.
상기 배터리 팩이 공급하는 전압의 크기 또는 상기 부하와 배터리 팩 사이의 저항의 크기를 가변시키는 가변 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 장치.5. The apparatus according to claim 4,
And a variable element that varies the magnitude of the voltage supplied by the battery pack or the magnitude of the resistance between the load and the battery pack.
상기 차이값에 따라 차등적인 충전 전력이 공급되도록 상기 릴레이의 온오프 시간을 차등적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 충전 장치. The apparatus of claim 1,
Off time of the relay so that a differential charging power is supplied according to the difference value.
상기 이차전지 셀 각각의 전압을 측정하는 측정단계;
상기 측정된 이차전지 셀 각각의 전압에 대한 평균값을 연산하고, 상기 평균값보다 작은 전압과 상기 평균값의 차이값을 더 연산하는 연산단계; 및
상기 평균값보다 작은 전압을 가지는 이차전지 셀로 상기 차이값에 따라 차등적인 충전 전력이 공급되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.A charging line for branching a part of electric power supplied to the load through the electric power line and using the electric power as charging electric power, A method of charging a battery pack in a battery pack apparatus including a switching unit including a relay interposed between each secondary battery cell,
Measuring a voltage of each of the secondary battery cells;
Calculating an average value of voltages of each of the measured secondary battery cells, and further calculating a difference between a voltage smaller than the average value and the average value; And
And controlling the relay of the switching unit so that a differential charging power is supplied to the secondary battery cell having a voltage lower than the average value according to the difference value.
상기 측정단계에서 측정된 각 이차전지 셀의 전압이 오차 범위 내에서 동일해지면 상기 충전 전력의 공급이 중단되도록 상기 스위칭부의 릴레이를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.10. The method according to claim 9,
Wherein the relay of the switching unit is controlled so that the supply of the charging power is interrupted when the voltage of each secondary battery cell measured in the measuring step becomes equal within an error range.
상기 부하로 공급될 전력과 상기 충전 전력을 합한 전력이 상기 부하로 공급되도록 상기 배터리 팩의 전력 크기를 조정하는 조정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.10. The method of claim 9,
Further comprising an adjusting step of adjusting a power level of the battery pack such that power to be supplied to the load and the sum of the charging power are supplied to the load.
상기 배터리 팩이 공급하는 전압의 크기 또는 상기 부하와 배터리 팩 사이의 저항의 크기를 가변시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.13. The method according to claim 12,
And varying the magnitude of the voltage supplied by the battery pack or the magnitude of the resistance between the load and the battery pack.
상기 차이값에 따라 차등적인 충전 전력이 공급되도록 상기 릴레이의 온오프 시간을 차등적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 충전 방법.10. The method according to claim 9,
Off time of the relay is controlled so that a differential charging power is supplied according to the difference value.
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