KR101967863B1 - Device and method of balancing requirement time estimation in high voltage cell balancing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밸런싱 필요 시간 추정 방법으로, 모듈을 구성하는 적어도 하나 이상의 셀의 전압을 측정하는 단계; 상기 셀의 밸런싱 시간을 계산하는 단계; 및 상기 셀에 밸런싱을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 셀 전압 센싱, 배터리 온도, 배터리 전류 등을 이용하여 전압과 셀 전압 합 차이를 비교한 후 밸런싱 추정 시간을 산출한다. 따라서, 밸런싱 시간을 계산할 때, 현재 셀 전압을 기준으로 하는 종래 기술에 비하여 오차를 줄일 수 있으므로 밸런싱 시간을 정확히 산출할 수 있다. 따라서 밸런싱 시간을 정확하게 계산하지 못해 실제 배터리 잔여량보다 낮게 잔여량을 추정하여 배터리 활용도가 저하되고 배터리 충전시 실제보다 많은 양의 에너지를 배터리에 주입하게 되어 배터리 수명이 감축되거나, 배터리 폭발과 같은 안전 사고가 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한 하드웨어 구성 요소를 추가 또는 변경하는 것 없이 밸런싱 시간을 계산하는 소프트웨어의 추가로 기존의 센싱부 및 제어부(예컨대 차량의 ECU)를 그대로 사용할 수 있어 경제성을 확보할 수 있다. The present invention relates to a method of estimating balancing required time, comprising: measuring a voltage of at least one cell constituting a module; Calculating a balancing time of the cell; And performing balancing on the cell.
According to the present invention, the voltage and cell voltage sum differences are compared using the cell voltage sensing, the battery temperature, the battery current, and the like, and the balancing estimation time is calculated. Therefore, when calculating the balancing time, the error can be reduced as compared with the conventional technique based on the current cell voltage, so that the balancing time can be accurately calculated. Therefore, the balancing time can not be accurately calculated, and the remaining battery life is estimated to be lower than the actual battery residual amount. As a result, the battery utilization is reduced and the battery life is reduced by injecting more energy into the battery than the actual battery charge. The problem that occurs can be solved. In addition, the existing sensing unit and the control unit (for example, the ECU of the vehicle) can be used as it is in addition to the software for calculating the balancing time without adding or changing hardware components, thereby ensuring economical efficiency.

Description

고전압 셀 밸런싱의 밸런싱 필요 시간 추정 장치 및 방법 {Device and method of balancing requirement time estimation in high voltage cell balancing} BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a balancing time estimation apparatus and method for balancing high-voltage cell balancing,

본 발명은 밸런싱 필요 시간 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 고전압 셀 밸런싱의 밸런싱 필요 시간 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for estimating balancing required time, and more particularly to an apparatus and method for estimating balancing required time of high voltage cell balancing.

도 1은 종래 기술인 밸런싱 에너지를 도시한 도면이다. 고전압 배터리가 사용되는 어플리케이션에서 셀들은 직렬로 연결된다. 따라서 충전, 방전시 동시에 배터리에서 에너지가 충전, 방전되는 구조를 갖는다. 이때 셀 간 전압 편차가 발생하게 되는 데, 예를 들어 10개의 셀 중에서 9개의 셀이 4.0 V, 한 개의 셀이 4.3 V인 배터리를 가정하면 4.3 V인 한 개의 셀 때문에 더 이상 충전을 할 수 없게 된다. Figure 1 is a diagram illustrating balancing energy in the prior art. In applications where high voltage batteries are used, the cells are connected in series. Therefore, when the battery is charged or discharged, energy is charged and discharged from the battery at the same time. For example, assuming that a cell with nine cells of 4.0 V and one cell of 4.3 V among 10 cells, a cell of 4.3 V can not be charged any more do.

그 이유는 셀에 과충전을 하면 배터리의 수명이 짧아지기 때문이다. 따라서 에너지를 100% 충전하지 못하게 된다. This is because overcharging the cell shortens the life of the battery. Therefore, it will not be able to charge 100% of energy.

역으로 방전인 경우도 과방전을 막기 위해 방전을 끊기 때문에 100% 방전을 못하게 된다. 따라서 고전압 배터리가 사용되는 어플리케이션에서는 밸런싱이 매우 중요하다. Conversely, even if the discharge occurs, the discharge is cut off to prevent over discharge, so that the discharge can not be performed at 100%. Therefore, balancing is very important in applications where high voltage batteries are used.

그런데 종래의 밸런싱은 도 1과 같이 밸런싱이 필요한 에너지 차이를 현재 셀 전압과 밸런싱 저항값을 이용하여 시간을 구하였다. 하지만 이 경우 사용자가 원하는 에너지보다 더 많은 에너지를 밸런싱하게 된다. In the conventional balancing, as shown in FIG. 1, the energy difference required for balancing is obtained by using the current cell voltage and the balancing resistance value. In this case, however, the user balances more energy than the desired energy.

또한, 종래 발명은 밸런싱에 필요한 시간을 계산할 때, 현재 셀 전압을 기준으로 하기 때문에 도 1에서 보이는 것처럼 실제 밸런싱에 필요한 에너지보다 더 많은 양의 에너지를 목표로 밸런싱하기 때문에 밸런싱 시간이 요구되는 것보다 크게 산출되는 문제점이 있었다.
Also, in calculating the time required for balancing, the conventional method is based on the current cell voltage. Therefore, as shown in FIG. 1, since a greater amount of energy than the energy required for actual balancing is targeted, balancing time is required There is a problem that it is calculated largely.

본 발명은 벨런싱 시간을 계산하는데 사용되는 현재 셀 전압을 밸런싱 할 때 감소되는 셀 전압을 고려하여 실제 사용자가 의도하는 에너지 양만큼 밸런싱하는 밸런싱 필요 시간 추정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for estimating a balancing time required to balance an energy amount intended by an actual user in consideration of a cell voltage reduced when balancing a current cell voltage used for calculating a balancing time.

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본 발명에 따른 밸런싱 필요 시간 추정 방법은 모듈을 구성하는 적어도 하나 이상의 셀의 전압을 측정하는 단계; 상기 셀의 밸런싱 시간을 계산하는 단계; 및 상기 셀에 밸런싱을 수행하는 단계를 포함한다. A method for estimating a balancing required time according to the present invention includes: measuring a voltage of at least one cell constituting a module; Calculating a balancing time of the cell; And performing balancing on the cell.

본 발명에 따르면, 셀 전압 센싱, 배터리 온도, 배터리 전류 등을 이용하여 전압과 셀 전압 합 차이를 비교한 후 밸런싱 추성 시간을 산출한다. 따라서, 밸런싱 시간을 계산할 때, 현재 셀 전압을 기준으로 하는 종래 기술에 비하여 오차를 줄일 수 있으므로 밸런싱 시간을 정확히 산출할 수 있다. 따라서 밸런싱 시간을 정확하게 계산하지 못해 실제 배터리 잔여량보다 낮게 잔여량을 추정하여 배터리 활용도가 저하되고 충전시 실제보다 많은 양의 에너지를 배터리에 주입하게 되어 배터리 수명이 감축되거나, 배터리 폭발과 같은 안전 사고가 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한 하드웨어 구성 요소를 추가 또는 변경하는 것 없이 밸런싱 시간을 계산하는 소프트웨어의 추가로 기존의 센싱부 및 제어부(예컨대 차량의 ECU)를 그대로 사용할 수 있어 경제성을 확보할 수 있다.
According to the present invention, the voltage and cell voltage sum difference is compared using the cell voltage sensing, the battery temperature, the battery current, etc., and then the balancing churn time is calculated. Therefore, when calculating the balancing time, the error can be reduced as compared with the conventional technique based on the current cell voltage, so that the balancing time can be accurately calculated. Therefore, the balancing time can not be accurately calculated, so the remaining battery life is estimated to be less than the actual battery residual amount. As a result, the battery utilization is reduced and the battery life is reduced by injecting more energy than the actual amount during charging. Can be solved. In addition, the existing sensing unit and the control unit (for example, the ECU of the vehicle) can be used as it is in addition to the software for calculating the balancing time without adding or changing hardware components, thereby ensuring economical efficiency.

도 1은 종래 기술인 밸런싱 에너지를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 필요 시간 추정 장치 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱부의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 필요 시간 추정 방법의 순서도.Figure 1 shows a prior art balancing energy.
2 is a configuration diagram of a balancing required time estimating apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a configuration diagram of a sensing unit according to an embodiment of the present invention;
4 is a flowchart of a balancing time required method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to a person skilled in the art, and the invention is defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms " comprises, " and / or " comprising " refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 필요 시간 추정 장치 구성도이고 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱부의 구성도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면,밸런싱 필요 시간 추정 장치는 센싱부(110), 제어부(120) 및 밸런싱 수행부(130)를 포함한다.FIG. 2 is a configuration diagram of a balancing required time estimating apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a configuration diagram of a sensing unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 2 and 3, the balancing required time estimating apparatus includes a sensing unit 110, a control unit 120, and a balancing unit 130.

센싱부(110)는 셀 전압 센싱부(112), 배터리 온도 센싱부(114) 및 배터리 전류 센싱부(116)를 포함한다. 셀 전압 센싱부(112)는 셀 전압을 감지하고 배터리 온도 센싱부(114)는 배터리 온도를 감지하며 배터리 전류 센싱부(116)는 배터리 전류를 감지한다.The sensing unit 110 includes a cell voltage sensing unit 112, a battery temperature sensing unit 114, and a battery current sensing unit 116. The cell voltage sensing unit 112 senses the cell voltage, the battery temperature sensing unit 114 senses the battery temperature, and the battery current sensing unit 116 senses the battery current.

센싱부(110)는 모듈을 구성하는 적어도 하나 이상의 셀 전압을 감지하고 배터리 온도, 배터리 전류를 감지한다. The sensing unit 110 senses at least one cell voltage constituting the module, and senses the battery temperature and the battery current.

제어부(120)는 셀 전압, 배터리 온도 및 배터리 전류를 입력으로 받아 밸런싱 알고리즘을 실행하여 밸런싱 실행 여부를 결정하고, 셀의 전압 차, 밸런싱 시작 전압 및 밸런싱 종료 전압을 구해서 최종 밸런싱에 필요한 시간을 산출한다.The control unit 120 receives the cell voltage, the battery temperature, and the battery current as inputs and determines whether to perform balancing by executing a balancing algorithm. The control unit 120 obtains a voltage difference, a balancing start voltage, and a balancing end voltage of the cell to calculate a time required for final balancing do.

제어부(120)는 밸런싱 실행이 결정되면 셀 전압 차를 계산하고 look-up-table을 이용하여 밸런싱 시작 전압과 밸런싱 종료 전압을 구한다. The controller 120 calculates a cell voltage difference and determines a balancing start voltage and a balancing end voltage using a look-up-table when balancing is determined to be executed.

밸런싱 수행부(130)는 제어부(120)로부터의 지시에 따라 밸런싱을 수행한다. The balancing performing unit 130 performs balancing according to an instruction from the control unit 120. [

구체적으로 밸런싱 수행부(130)는 셀이 병렬로 밸런싱 저항과 연결되어 있는 경우 밸런싱 실행이 결정되면 셀이 밸런싱 저항과 연결될 수 있도록 밸런싱 스위치를 연산된 시간만큼 닫아 밸런싱을 수행한다. Specifically, if the balancing operation is determined when the cells are connected in parallel with the balancing resistor, the balancing unit 130 performs balancing by closing the balancing switch for the calculated time so that the cell can be connected to the balancing resistor.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 밸런싱 필요 시간 추정 방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 먼저 모듈을 구성하는 적어도 하나 이상의 셀 전압을 측정한다(S210).4 is a flowchart of a balancing time estimation method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, at least one cell voltage constituting the module is measured (S210).

구체적으로, 셀 전압 센싱부(112)를 이용하여 셀 전압을 감지한다. Specifically, the cell voltage sensing unit 112 senses the cell voltage.

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이어, 셀의 밸런싱 시간을 계산한다(S240). 전압이 전압 관리 범위 이내이면 각 셀 간 전압 편차가 크지 않으므로 셀 밸런싱이 필요없다. Next, the balancing time of the cell is calculated (S240). If the voltage is within the voltage management range, cell balancing is not necessary since the voltage deviation between the cells is not large.

구체적으로 밸런싱 시작 전압(OCV2)과 밸런싱 종료 전압(OCV1)을 기저장한 look-up-table에서 찾아 셀 밸런싱 시간을 계산한다.Specifically, the cell balancing time is calculated by looking up a look-up table storing the balancing start voltage OCV2 and the balancing end voltage OCV1.

셀 특성에 맞게 용량별 OCV 값은 look-up-table로 아래와 같이 메모리에 미리 저장되어 있다. The OCV value per capacity according to the cell characteristics is stored in the memory in advance as a look-up-table as shown below.

용량 = {100, 95, 90, …, 10, 5, 0}Capacity = {100, 95, 90, ... , 10, 5, 0}

OCV = {4.3, 4.2, 4.1, …, 3.2, 3.1, 3.0}OCV = {4.3, 4.2, 4.1, ... , 3.2, 3.1, 3.0}

셀 밸런싱 편차가 발생시 밸런싱 시작 전압(OCV2)와 밸런싱 종료 전압(OCV1)을 기저장한 look-up-table에서 찾고 이 값을 밸런싱 수식에 대입하여 최종 시간을 계산한다.When a cell balancing deviation occurs, look at the look-up table that stores the balancing start voltage (OCV2) and the balancing end voltage (OCV1), and substitute this value into the balancing formula to calculate the final time.

이 경우 밸런싱 시간 계산은 하기 수학식을 이용하여 계산한다. In this case, the balancing time calculation is calculated using the following equation.

Figure 112012093695717-pat00001
:셀 밸런싱 시간,
Figure 112012093695717-pat00002
:밸런싱 오차, C:전체 배터리 용량,
Figure 112012093695717-pat00003
:현재 셀 전압, R:밸런싱 저항
Figure 112012093695717-pat00001
: Cell balancing time,
Figure 112012093695717-pat00002
: Balancing error, C: Full battery capacity,
Figure 112012093695717-pat00003
: Current cell voltage, R: balancing resistance

Figure 112012093695717-pat00004
Figure 112012093695717-pat00004

셀 밸런싱 식은 각 셀별로 오차가 발생시 밸런싱 스위치를 폐쇄하는 시간

Figure 112012093695717-pat00005
를 구하는 것을 목적으로 한다.
Figure 112012093695717-pat00006
의 시간 단위는 sec(초)이다. 배터리 용량을 나타내는 C의 단위는 Ah(암페어 아워)이다. 여기에서 밸런싱 오차를 구하기 위해서 전체 배터리 용량(C)에서 밸런싱 오차
Figure 112012093695717-pat00007
를 곱해주면 오차에 대한 Ah가 구해진다. 따라서 밸런싱 시간을 계산하기 위해 전류분을 소거해 주면 되는데, 시간을 초로 변경하기 위한 3600과 전류분을 소거하기 위한 전류(
Figure 112012093695717-pat00008
)을 곱하면 밸런싱 시간이 계산된다. The cell balancing formula is the time to close the balancing switch when there is an error for each cell
Figure 112012093695717-pat00005
.
Figure 112012093695717-pat00006
The time unit of sec is sec. The unit of C representing the battery capacity is Ah (ampere hour). Here, in order to obtain a balancing error, the balancing error
Figure 112012093695717-pat00007
Then Ah is obtained for the error. Therefore, to calculate the balancing time, it is necessary to erase the current minute, and 3600 to change the time to seconds and the current to erase the current minute
Figure 112012093695717-pat00008
), The balancing time is calculated.

본 발명은 상기 식에서 셀 전압에 해당하는 파라미터를 오차가 발생하지 않도록 하기 위해

Figure 112012093695717-pat00009
를 사용한다. 그 이유는 실제 밸런싱이 진행되면서 해당 전압분이 감소하기 때문이다. In the present invention, in order to prevent an error from occurring in the parameter corresponding to the cell voltage
Figure 112012093695717-pat00009
Lt; / RTI > This is because the actual voltage is reduced as the actual balancing progresses.

끝으로, 셀에 밸런싱을 수행한다(S250).Finally, balancing is performed on the cell (S250).

본 발명에 따르면, 셀 전압 센싱, 배터리 온도, 배터리 전류 등을 이용하여 전압과 셀 전압 합 차이를 비교한 후 밸런싱 추정 시간을 산출한다. 따라서, 밸런싱 시간을 계산할 때, 현재 셀 전압을 기준으로 하는 종래 기술에 비하여 오차를 줄일 수 있으므로 밸런싱 시간을 정확히 산출할 수 있다. 따라서 밸런싱 시간을 정확하게 계산하지 못해 실제 배터리 잔여량보다 낮게 잔여량을 추정하여 배터리 활용도가 저하되고 배터리 충전시 실제보다 많은 양의 에너지를 배터리에 주입하게 되어 배터리 수명이 감축되거나, 배터리 폭발과 같은 안전 사고가 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한 하드웨어 구성 요소를 추가 또는 변경하는 것 없이 밸런싱 시간을 계산하는 소프트웨어의 추가로 기존의 센싱부 및 제어부(예컨대 차량의 ECU)를 그대로 사용할 수 있어 경제성을 확보할 수 있다.According to the present invention, the voltage and cell voltage sum differences are compared using the cell voltage sensing, the battery temperature, the battery current, and the like, and the balancing estimation time is calculated. Therefore, when calculating the balancing time, the error can be reduced as compared with the conventional technique based on the current cell voltage, so that the balancing time can be accurately calculated. Therefore, the balancing time can not be accurately calculated, and the remaining battery life is estimated to be lower than the actual battery residual amount. As a result, the battery utilization is reduced and the battery life is reduced by injecting more energy into the battery than the actual battery charge. The problem that occurs can be solved. In addition, the existing sensing unit and the control unit (for example, the ECU of the vehicle) can be used as it is in addition to the software for calculating the balancing time without adding or changing hardware components, thereby ensuring economical efficiency.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention, but are intended to be illustrative, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. It is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents, which fall within the scope of the present invention as claimed.

100 : 밸런싱 필요시간 추정 장치
110 : 센싱부 120 : 제어부
130 : 밸런싱 수행부
112 : 셀 전압 센싱부 114 : 배터리 온도 센싱부
116 : 배터리 전류 센싱부100: balancing required time estimating device
110: sensing unit 120: control unit
130: Balancing part
112: cell voltage sensing unit 114: battery temperature sensing unit
116: Battery current sensing unit

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 모듈을 구성하는 적어도 하나 이상의 셀의 전압을 측정하는 단계;
(b) 상기 셀의 밸런싱 시간을 계산하는 단계; 및
(c) 상기 셀에 밸런싱을 수행하는 단계를 포함하되,
상기 (b) 단계는 하기 [수학식]을 이용하여 상기 밸런싱 시간을 계산하는 것
을 특징으로 하는 밸런싱 필요 시간 추정 방법.
[수학식]
Figure 112019002457169-pat00018

(TCB:셀 밸런싱 시간, BalSOC:밸런싱 오차, C: 전체 배터리 용량, OCV: Open Circuit Voltage, OCV2: 밸런싱 시작 전압, OCV1: 밸런싱 종료 전압, R: 밸런싱 저항)
(a) measuring a voltage of at least one cell constituting a module;
(b) calculating a balancing time of the cell; And
(c) performing balancing on the cell,
The step (b) may include calculating the balancing time using Equation
And estimating a necessary balancing time.
[Mathematical Expression]
Figure 112019002457169-pat00018

(T CB : cell balancing time, Bal SOC : balancing error, C: total battery capacity, OCV: Open Circuit Voltage, OCV2: balancing start voltage, OCV1: balancing end voltage,
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 (b) 단계는
밸런싱 시작 전압(OCV2)과 밸런싱 종료 전압(OCV1)을 기저장한 look-up-table에서 찾아 셀 밸런싱 시간을 계산하는 것
인 밸런싱 필요 시간 추정 방법.The method according to claim 6,
The step (b)
Calculate the cell balancing time by looking in the look-up-table storing the balancing start voltage (OCV2) and the balancing end voltage (OCV1)
In balancing need time estimation method. 삭제delete
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