KR102225896B1 - Low-voltage power supply apparatus and method utilizing battery cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전압 변환부가 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하고, 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 제1 배터리 셀의 출력 전기량과 동일하도록 제2 배터리 셀의 밸런싱을 제어하는 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for supplying a low voltage power supply using a battery cell, and more particularly, a voltage converter is connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in a battery to preset an output voltage of the first battery cell. Low-voltage power supply device and method using a battery cell that converts to a set low voltage and controls balancing of the second battery cell so that the discharged electricity amount of the second battery cell not connected to the voltage converter is the same as the output electricity amount of the first battery cell It is about.

Description

배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법{Low-voltage power supply apparatus and method utilizing battery cell}Low-voltage power supply apparatus and method using a battery cell TECHNICAL FIELD

본 발명은 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하여 저전압 전원을 제공하는 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low voltage power supply device and method using a battery cell, and more particularly, to provide a low voltage power by converting an output voltage of a first battery cell among a plurality of battery cells included in the battery into a preset low voltage. It relates to a low voltage power supply device and method using a battery cell.

최근 화석 에너지의 고갈과 화석 에너지의 사용으로 인한 환경오염으로 이차 전지 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 모바일 기기, 전기 차량(Electric Vehicle; EV), 하이브리드 차량(Hybrid Vehicle; HV), 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 및 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 배터리의 수요가 급격히 증가하고 있다. Recently, due to the depletion of fossil energy and environmental pollution due to the use of fossil energy, interest in electric products that can be driven using secondary battery batteries is increasing. Accordingly, technology development for mobile devices, electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), energy storage systems (ESS), and uninterruptible power supplies (UPS), etc. As the demand and demand increase, the demand for rechargeable batteries as an energy source is rapidly increasing.

이러한 이차 전지 배터리는 화석 에너지의 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. These secondary battery batteries are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement in that they do not generate by-products from the use of energy as well as the primary advantage of being able to drastically reduce the use of fossil energy.

특히, 친환경 제품에 대한 요구와 연비를 개선의 요구에 따라 이차 전지 배터리를 사용하는 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle)에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.In particular, in response to the demand for eco-friendly products and the demand for improvement in fuel economy, research on a hybrid electric vehicle using a secondary battery battery is being conducted more actively.

하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하고, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 이차 전지 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 일컫는다.Hybrid vehicle refers to driving a vehicle by efficiently combining two or more different types of power sources, and in most cases, driving power is obtained by an engine that uses fuel to obtain driving power and an electric motor that is driven by the power of a secondary battery battery. Refers to the vehicle.

최근에는 이차 전지 배터리의 용량을 종전의 하이브리드 차량보다 크게 만들고 이차 전지 배터리를 외부 전원으로부터 충전하여, 근거리 주행시는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드로만 주행하고, 이차 전지 배터리가 고갈되면 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 보조 모드인 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행하는 플러그인 하이브리드 차량(Plug In Hybrid Electric Vehicle : PHEV)이 개발되고 있다.Recently, the capacity of the secondary battery battery is made larger than that of conventional hybrid vehicles, and the secondary battery battery is charged from an external power source. A plug-in hybrid vehicle (PHEV) is being developed that operates in HEV (Hybrid Electric Vehicle) mode, which is an auxiliary mode that uses the rotational power of the motor as the auxiliary power while using the rotational power of the motor as the main power.

이러한 플러그인 하이브리드 차량 또는 하이브리드 차량은 이차 전지 배터리로부터 고전압을 인가받는 모터를 구동하기 위해 고전압부 전원을 공급받는 고전압부와 납축전지와 같은 저전압 배터리로부터 저전압을 인가받는 저전압부를 서로 절연하여 분리구성함으로써 고전압 노이즈로 인한 CAN 통신라인 및 제어유닛의 고장을 방지한다.These plug-in hybrid vehicles or hybrid vehicles are configured to separate and separate the high-voltage part receiving high-voltage power from the high-voltage part and the low-voltage part receiving low voltage from a low-voltage battery such as a lead acid battery to drive a motor that receives a high voltage from a secondary battery battery. Prevents malfunction of CAN communication line and control unit due to noise.

이때, 고전압의 이차 전지 배터리를 이용하여 저전압부로 전력을 공급하고자 하는 경우 고전압을 저전압으로 변환하는 리니어 레귤레이터를 사용하게 된다.In this case, when a high voltage secondary battery is used to supply power to a low voltage unit, a linear regulator converting a high voltage to a low voltage is used.

이러한 리니어 레귤레이터는 이차 전지 배터리로부터 나오는 고전압의 직류전압을 저전압의 직류전압으로 변환하여 차량의 전장부하에 제공하는 역할을 한다.Such a linear regulator serves to convert a high voltage DC voltage from a secondary battery battery into a low voltage DC voltage and provide it to the electric load of the vehicle.

보다 구체적으로, 리니어 레귤레이터는 이차 전지 배터리의 고전압을 다운시켜 약 전압 5V를 납축 전지로 공급하여 충전시키거나 전장부하에 전력을 공급한다.More specifically, the linear regulator cuts down the high voltage of the secondary battery battery and supplies about 5V to the lead acid battery for charging or supplying power to the electric load.

리니어 레귤레이터의 입력 전압은 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에 탑재되는 이차 전지 배터리의 출력 전압이며 차량의 종류에 따라 입력 전압의 범위가 최소 약 60V에서 최대 450V 까지 매우 다르다.The input voltage of the linear regulator is the output voltage of secondary battery batteries installed in electric vehicles and hybrid vehicles, and the input voltage ranges from about 60V to 450V very different depending on the type of vehicle.

이와 같이, 이차 전지 배터리에 포함된 모든 배터리 셀로부터 출력되는 출력 전압을 저잔압으로 변환하는 리니어 레귤레이터는 입력 가능한 전압 범위가 클수록 가격이 증가하는 문제점이 있다.As described above, a linear regulator that converts an output voltage output from all battery cells included in a secondary battery into a low residual voltage has a problem in that the price increases as the input voltage range increases.

또한, 리니어 레귤레이터는 최소 약 60V에서 최대 450V 까지의 고전압을 약 5V의 저전압으로 변환하는 과정에서 발열이 발생하여 주변 부품의 열화를 가속시키는 문제점이 있다.In addition, the linear regulator has a problem of accelerating deterioration of peripheral components by generating heat in the process of converting a high voltage from a minimum of about 60V to a maximum of 450V to a low voltage of about 5V.

한국공개특허 제10-2014-0106982호Korean Patent Publication No. 10-2014-0106982

본 발명의 목적은, 전압 변환부가 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하고, 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 제1 배터리 셀의 출력 전기량과 동일하도록 제2 배터리 셀의 밸런싱을 제어함으로써, 발열과 부품 가격이 낮은 전압 변환부를 이용하여 저전압 전원을 제공할 수 있으며 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀 간의 소모되는 전기량을 동일하게 제어할 수 있는 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a second battery that is connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in the battery, a voltage converter converts the output voltage of the first battery cell into a preset low voltage, and is not connected to the voltage converter By controlling the balancing of the second battery cell so that the discharged electricity amount of the cell is the same as the output electricity amount of the first battery cell, a low-voltage power source can be provided by using a voltage converter with low heat generation and component cost. It is to provide a low voltage power supply apparatus and method using battery cells capable of equally controlling the amount of electricity consumed between battery cells.

본 발명에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치는 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 상기 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하는 전압 변환부; 상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력된 출력 전기량을 산출하는 산출부; 및 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 상기 출력 전기량과 동일하도록 상기 제2 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항 간의 연결을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.A low voltage power supply device using a battery cell according to the present invention includes: a voltage converter connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in a battery to convert the output voltage of the first battery cell into a preset low voltage; A calculator configured to calculate an amount of output electricity output from the first battery cell to the voltage converter; And controlling a connection between the second battery cell and a balancing resistor for discharging the second battery cell such that an amount of discharged electricity of a second battery cell not connected to the voltage converter among the plurality of battery cells is the same as the amount of output electricity. It is configured to include;

일 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력되는 출력 전류의 출력 전류값을 측정하는 측정부;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, a measurement unit that measures an output current value of an output current output from the first battery cell to the voltage converter may be further included.

일 실시예에서, 상기 산출부는 상기 측정된 출력 전류의 출력 전류값과 상기 출력 전류가 출력된 출력 시간을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출할 수 있다.In an embodiment, the calculation unit may calculate the output electricity quantity using an output current value of the measured output current and an output time at which the output current is output.

일 실시예에서, 상기 산출부는 하기의 수학식을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출할 수 있다.In an embodiment, the calculation unit may calculate the output electricity amount by using the following equation.

<수학식><Equation>

Figure 112016074311423-pat00001
Figure 112016074311423-pat00001

여기서, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값, to는 상기 출력 시간이다.Here, Qo is the output electricity quantity, Io is the output current value, and to is the output time.

일 실시예에서, 추정부는 상기 제2 배터리 셀의 충전 전압 및 상기 밸런싱 저항의 밸런싱 저항값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항에 흐르는 방전 전류의 방전 전류값를 추정하는 추정부;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the estimating unit may further include an estimating unit for estimating a discharge current value of a discharge current flowing through the balancing resistor by using at least one of a charging voltage of the second battery cell and a balancing resistance value of the balancing resistance. have.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 방전 전류값을 이용하여 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항이 연결되는 밸런싱 시간을 상기 방전 전기량과 상기 출력 전기량이 동일하도록 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 제2 배터리 셀을 방전시킬 수 있다.In one embodiment, the controller calculates a balancing time at which the second battery cell and the balancing resistor are connected using the discharge current value so that the discharge electricity amount and the output electricity amount are the same, and during the calculated balancing time, the The second battery cell may be discharged by connecting the second battery cell and the balancing resistor.

일 실시예에서, 상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 상기 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.In an embodiment, the controller may calculate the balancing time using the following equation.

<수학식><Equation>

Figure 112020107043528-pat00015
Figure 112020107043528-pat00015

여기서, tb는 상기 밸런싱 시간, Qb는 상기 방전 전기량, Ib는 상기 방전 전류값, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값이다.Here, tb is the balancing time, Qb is the discharge electricity amount, Ib is the discharge current value, Qo is the output electricity amount, and Io is the output current value.

본 발명에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법은 전압 변환부가 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 상기 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하는 단계; 산출부가 상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력된 출력 전기량을 산출하는 단계; 및 제어부가 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 상기 출력 전기량과 동일하도록 상기 제2 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항 간의 연결을 제어하는 단계;를 포함하여 구성된다.The method of supplying low voltage power using a battery cell according to the present invention includes the steps of: a voltage converter connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in a battery to convert the output voltage of the first battery cell into a preset low voltage; Calculating, by a calculation unit, an amount of output electricity output from the first battery cell to the voltage converter; And a balancing resistor for discharging the second battery cell and the second battery cell so that the amount of discharged electricity of a second battery cell not connected to the voltage converter among the plurality of battery cells is equal to the output amount of electricity. It is configured to include; step of controlling.

일 실시예에서, 상기 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법은 측정부가 상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력되는 출력 전류의 출력 전류값을 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.,In one embodiment, the method of supplying low voltage power using the battery cell may further include measuring an output current value of an output current output from the first battery cell to the voltage converter by a measurement unit.,

일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는 상기 산출부가 상기 측정된 출력 전류의 출력 전류값과 상기 출력 전류가 출력된 출력 시간을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.,In an embodiment, the calculating may include calculating, by the calculation unit, the output electricity quantity using an output current value of the measured output current and an output time at which the output current is output.,

일 실시예에서, 상기 산출하는 단계는 상기 산출부가 하기의 수학식을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.,In an embodiment, the calculating may further include calculating the output electricity quantity by using the following equation by the calculation unit.,

<수학식><Equation>

Figure 112016074311423-pat00003
Figure 112016074311423-pat00003

여기서, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값, to는 상기 출력 시간이다.Here, Qo is the output electricity quantity, Io is the output current value, and to is the output time.

일 실시예에서, 상기 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법은 측정부가 상기 제2 배터리 셀의 충전 전압 및 상기 밸런싱 저항의 밸런싱 저항값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항에 흐르는 방전 전류의 방전 전류값를 추정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.,In one embodiment, in the method of supplying low voltage power using the battery cell, the measurement unit calculates the discharge current value of the discharge current flowing through the balancing resistor by using at least one of the charging voltage of the second battery cell and the balancing resistance value of the balancing resistor. Estimating; may further include.,

일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는 상기 제어부가 상기 방전 전류값을 이용하여 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항이 연결되는 밸런싱 시간을 상기 방전 전기량과 상기 출력 전기량이 동일하도록 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는 단계;를 포함할 수 있다.,In one embodiment, in the controlling step, the control unit calculates a balancing time at which the second battery cell and the balancing resistor are connected using the discharge current value so that the discharge electric quantity and the output electric quantity are the same, and the calculation It may include a step of discharging the second battery cell by connecting the second battery cell and the balancing resistor during the defined balancing time.,

일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는 상기 제어부가 하기 수학식을 이용하여 상기 밸런싱 시간을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.,In an embodiment, the controlling may further include calculating, by the controller, the balancing time using the following equation.,

<수학식><Equation>

Figure 112020107043528-pat00016
Figure 112020107043528-pat00016

여기서, tb는 상기 밸런싱 시간, Qb는 상기 방전 전기량, Ib는 상기 방전 전류값, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값이다.Here, tb is the balancing time, Qb is the discharge electricity amount, Ib is the discharge current value, Qo is the output electricity amount, and Io is the output current value.

본 발명에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치 및 방법은 전압 변환부가 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하고, 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 제1 배터리 셀의 출력 전기량과 동일하도록 제2 배터리 셀의 밸런싱을 제어함으로써, 발열과 부품 가격이 낮은 전압 변환부를 이용하여 저전압 전원을 제공할 수 있는 효과와 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀 간의 소모되는 전기량을 동일하게 제어할 수 있는 효과를 가진다.In the low voltage power supply apparatus and method using a battery cell according to the present invention, the voltage converter is connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in the battery to convert the output voltage of the first battery cell into a preset low voltage, and the voltage By controlling the balancing of the second battery cell so that the discharged electricity amount of the second battery cell not connected to the conversion unit is the same as the output electricity amount of the first battery cell, a low-voltage power supply can be provided using a voltage conversion unit with low heat generation and component cost It has the effect of controlling the amount of electricity consumed between the first battery cell and the second battery cell in the same manner.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치가 적용될 수 있는 전기 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a diagram schematically illustrating an electric vehicle to which a low voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention can be applied.
2 is a block diagram showing the configuration of a low voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of a low voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of supplying low voltage power using a battery cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows. Here, repeated descriptions, well-known functions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and detailed descriptions of configurations are omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 작동을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the term "... unit" described in the specification means a unit that processes one or more functions or operations, which may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치가 적용될 수 있는 전기 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating an electric vehicle to which a low voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention can be applied.

도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치가 전기 차량에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치는 전기 차량 이외에도 모바일 기기, 에너지 저장 시스템 또는 무정전 전원 공급 장치 등 이차 전지 배터리가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.1 shows an example in which a low-voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention is applied to an electric vehicle, but the low-voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention is used in addition to the electric vehicle. Any field of technology can be applied as long as a secondary battery battery can be applied, such as a mobile device, an energy storage system, or an uninterruptible power supply.

전기 차량(1)은 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.The electric vehicle 1 may include a battery 10, a battery management system (BMS) 20, an electronic control unit (ECU) 30, an inverter 40, and a motor 50.

배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 차량(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.The battery 10 is an electric energy source for driving the electric vehicle 1 by providing a driving force to the motor 50. The battery 10 may be charged or discharged by the inverter 40 according to the driving of the motor 50 or an internal combustion engine (not shown).

여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.Here, the type of the battery 10 is not particularly limited, and may include, for example, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, or the like.

BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.The BMS 20 estimates the state of the battery 10 and manages the battery 10 using the estimated state information. For example, the state of the battery 10 state information such as state of charging (SOC), remaining life (State Of Health; SOH), maximum input/output power allowance, and output voltage is estimated and managed. In addition, charging or discharging of the battery 10 is controlled using this state information, and further, it is possible to estimate the replacement timing of the battery 10.

또한, BMS(20)는 후술되는 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(도 2의 100)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)는 배터리(10)에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하고, 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 제1 배터리 셀의 출력 전기량과 동일하도록 제2 배터리 셀의 밸런싱을 제어함으로써, 배터리(10)로부터 저전압 전원을 제공할 수 있다.In addition, the BMS 20 may include a low voltage power supply device (100 in FIG. 2) using a battery cell to be described later. The low voltage power supply device 100 using such a battery cell is connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in the battery 10 to convert the output voltage of the first battery cell into a preset low voltage, and a voltage converter Low voltage power can be provided from the battery 10 by controlling the balancing of the second battery cell so that the amount of discharged electricity of the second battery cell not connected to is equal to the amount of output of the first battery cell.

배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)가 저전압 전원을 제공하고 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀 간의 밸런싱를 수행하는 내용은 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.A detailed description of how the low voltage power supply device 100 using a battery cell provides low voltage power and performs balancing between the first battery cell and the second battery cell will be described in detail with reference to FIG. 2.

ECU(30)는 전기 차량(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(Accelerator), 브레이크(Break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.The ECU 30 is an electronic control device that controls the state of the electric vehicle 1. For example, a torque degree is determined based on information such as an accelerator, a brake, and a speed, and the output of the motor 50 is controlled to match the torque information.

또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.In addition, the ECU 30 transmits a control signal to the inverter 40 so that the battery 10 can be charged or discharged based on status information such as SOC and SOH of the battery 10 received by the BMS 20. .

인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.The inverter 40 allows the battery 10 to be charged or discharged based on a control signal from the ECU 30.

모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 차량(1)를 구동한다.The motor 50 drives the electric vehicle 1 based on control information (eg, torque information) transmitted from the ECU 30 by using the electric energy of the battery 10.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a low voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a specific configuration of a low voltage power supply device using a battery cell according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing an example of.

도 2 및 도 3을 참조하면, 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)는 밸런싱부(110), 전압 변환부(120), 측정부(130), 산출부(140), 추정부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.2 and 3, the low voltage power supply device 100 using a battery cell includes a balancing unit 110, a voltage converting unit 120, a measuring unit 130, a calculating unit 140, and an estimating unit 150. ) And the control unit 160 may be included. The low-voltage power supply device 100 using the battery cells shown in FIGS. 2 and 3 is according to an embodiment, and its components are not limited to the embodiments shown in FIGS. 2 and 3, as necessary. It can be added, changed or deleted.

배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)는 배터리 셀(11a, 11b)을 포함하는 배터리(10) 및 배터리 셀(11a, 11b) 각각 전압, 전류 및 온도에 근거하여 배터리 셀(11a, 11b)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH) 및 최대 입출력 전력 허용량을 산출하고, 산출된 배터리 셀(11a, 11b)의 상태 정보(SOC, SOH 및 최대 입출력 전력 허용량)를 이용하여 배터리 셀(11a, 11b)의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS, 20)에 포함될 수 있다.The low-voltage power supply device 100 using a battery cell includes a battery 10 including battery cells 11a and 11b and battery cells 11a and 11b based on voltage, current, and temperature, respectively. The remaining capacity (State Of Charging; SOC), the remaining life (State Of Health; SOH) and the maximum input/output power allowance are calculated, and the calculated state information (SOC, SOH and maximum input/output power allowance) of the battery cells 11a and 11b are calculated. ) May be included in a battery management system (BMS, 20) that controls charging or discharging of the battery cells 11a and 11b.

한편, 배터리 셀(11a, 11b)은 제1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b)로 구성될 수 있다.Meanwhile, the battery cells 11a and 11b may include a first battery cell 11a and a second battery cell 11b.

보다 구체적으로, 제1 배터리 셀(11a)은 후술되는 전압 변환부(120)와 연결되어 전압 변환부(120)로 출력 전압을 출력할 수 있으며, 제2 배터리 셀(11b)은 배터리 셀(11a, 11b) 중에서 전압 변환부(120)와 연결되지 않은 배터리 셀일 수 있다.More specifically, the first battery cell 11a may be connected to a voltage converter 120 to be described later to output an output voltage to the voltage converter 120, and the second battery cell 11b is a battery cell 11a. Among, 11b), it may be a battery cell that is not connected to the voltage converter 120.

이때, 배터리 셀(11a, 11b) 즉, 제1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b)은 각각 밸런싱부(110)와 연결되어 충전 또는 방전될 수 있다.In this case, the battery cells 11a and 11b, that is, the first battery cell 11a and the second battery cell 11b, may be respectively connected to the balancing unit 110 to be charged or discharged.

한편, 도 2에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)가 제1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b) 각각의 개수가 2개인 배터리(10)와 연결된 것으로 도시된 바 있으나, 제1 배터리 셀(11a)과 제1 배터리 셀(11a) 하나의 최대 충전 전압에 대응하여 설정될 수 있으며, 제2 배터리 셀(11b) 각각의 개수는 제한되지 않음을 유의한다.Meanwhile, in FIG. 2, the low voltage power supply device 100 using a battery cell according to an embodiment of the present invention includes a battery 10 having two first and second battery cells 11a and 11b. Although shown to be connected to, the first battery cell 11a and the first battery cell 11a may be set in response to the maximum charging voltage of one, and the number of each of the second battery cells 11b is not limited. Please note.

밸런싱부(110)는 제1 배터리 셀(11a) 및 제2 배터리 셀(11b)의 충전 전압을 방전시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 밸런싱부(110)는 스위칭 소자(111) 및 밸런싱 저항(112)을 포함할 수 있다.The balancing unit 110 may serve to discharge the charging voltages of the first and second battery cells 11a and 11b. To this end, the balancing unit 110 may include a switching element 111 and a balancing resistor 112.

여기서, 스위칭 소자(111)는 MOS FET(Metal Oxide Silicon Field Effect transistor) 소자, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자 및 BJT(Bipolar Junction Transistor) 소자 중 어느 하나일 수 있다.Here, the switching device 111 may be any one of a metal oxide silicon field effect transistor (MOS FET) device, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device, and a bipolar junction transistor (BJT) device.

밸런싱부(110)는 스위칭 소자(111)가 MOS FET 소자인 경우, 밸런싱 저항(112) 외에 MOS FET 소자의 게이트 전압을 조절하기 위한 게이트 저항(113)을 더 포함할 수 있다.When the switching device 111 is a MOS FET device, the balancing unit 110 may further include a gate resistor 113 for adjusting a gate voltage of the MOS FET device in addition to the balancing resistor 112.

이하에서, 스위칭 소자(111)가 MOS FET 소자인 밸런싱부(110)에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the balancing unit 110 in which the switching element 111 is a MOS FET element will be described.

스위칭 소자(111)는 드레인 단자(D), 게이트 단자(G) 및 소스 단자(S)를 포함할 수 있으며, 드레인 단자(D) 및 게이트 단자(G) 는 각각 밸런싱 저항(112) 및 게이트 저항(113)과 연결될 수 있다.The switching element 111 may include a drain terminal (D), a gate terminal (G), and a source terminal (S), and the drain terminal (D) and the gate terminal (G) have a balancing resistor 112 and a gate resistance, respectively. It can be connected to (113).

스위칭 소자(111)는 게이트 단자(G)에 문턱 전압(Threshold Voltage) 이상의 게이트 전압이 인가되는 경우, 드레인 단자(D) 및 소스 단자(S)가 통전되어 드레인 단자(D)와 연결된 밸런싱 저항(112)에 전류가 흐를 수 있다. When a gate voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate terminal (G), the switching element 111 is a balancing resistor connected to the drain terminal (D) by energizing the drain terminal (D) and the source terminal (S). 112) may flow.

즉, 스위칭 소자(111)가 통전되어 제1 배터리 셀(11a) 및 제2 배터리 셀(11b)로부터 출력되는 전류가 밸런싱 저항(112)에 흐름으로써 제1 배터리 셀(11a) 및 제2 배터리 셀(11b)이 방전되고, 이로 인해, 제1 배터리 셀(11a) 및 제2 배터리 셀(11b)에 충전된 충전 전압의 전압값이 감소될 수 있다.That is, the switching element 111 is energized so that the current output from the first battery cell 11a and the second battery cell 11b flows through the balancing resistor 112, so that the first battery cell 11a and the second battery cell (11b) is discharged, and thus, a voltage value of the charging voltage charged in the first battery cell 11a and the second battery cell 11b may be reduced.

한편, 스위칭 소자(111)의 문턱 전압에 대응하여 게이트 단자(G)에 인가되는 게이트 전압을 조절하기 위해 게이트 저항(113)의 저항값은 변경될 수 있다. Meanwhile, the resistance value of the gate resistor 113 may be changed in order to adjust the gate voltage applied to the gate terminal G in response to the threshold voltage of the switching element 111.

전력 변환부(120)는 제1 배터리 셀(11a)과 연결되어 제1 배터리 셀(11a)로부터 출력되는 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다.The power converter 120 may be connected to the first battery cell 11a to convert an output voltage output from the first battery cell 11a into a preset low voltage.

여기서, 미리 설정된 저전압은 전기 자동차(1)의 전장을 구동시키기 위한 저전압 전원의 전압으로 설정될 수 있다.Here, the preset low voltage may be set as a voltage of a low voltage power source for driving the electric vehicle 1.

이러한, 전력 변환부(120)는 고전압의 직류 전압을 저전압의 직류 전압으로 변환하는 리니어 레귤레이터 또는 LDO(Low Drop Out) 레귤레이터일 수 있다.The power converter 120 may be a linear regulator or a low drop out (LDO) regulator that converts a high voltage DC voltage into a low voltage DC voltage.

이를 통해, 전력 변환부(120)는 배터리 셀(11a, 11b) 중에서 일부의 제1 배터리 셀(11a)와만 연결되어 배터리(10) 전체의 출력 전압 보다 낮은 제1 배터리 셀(11a)의 출력 전압을 저전압으로 변환함으로써, 최소 60V 이상의 고전압을 저전압으로 변환하는 과정에서 발생하는 발열을 방지할 수 있다.Through this, the power conversion unit 120 is connected to only some of the first battery cells 11a among the battery cells 11a and 11b, so that the output voltage of the first battery cell 11a is lower than the output voltage of the entire battery 10 By converting the high voltage to a low voltage, heat generated in the process of converting a high voltage of at least 60V or higher to a low voltage can be prevented.

한편, 전력 변환부(120)로부터 변환된 저전압 전원은 전기 자동차(1)의 전장을 구동시키기 위한 전원으로 제공될 수 있다.Meanwhile, the low voltage power converted from the power conversion unit 120 may be provided as power for driving the electric vehicle 1.

상술한 바와 같이, 전력 변환부(120)와 제1 배터리 셀(11a)만을 연결하여 저전압 전원을 제공하는 경우, 제1 배터리 셀(11a)에 충전된 전기량만 소모됨으로써 제1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b) 간에 충전된 전기량의 불균형이 발생하게 된다.As described above, when low voltage power is provided by connecting only the power converter 120 and the first battery cell 11a, only the amount of electricity charged in the first battery cell 11a is consumed, so that the first battery cell 11a An imbalance in the amount of charged electricity occurs between the and the second battery cell 11b.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)는 제2 배터리 셀(11b)의 방전 전기량이 제1 배터리 셀(11a)의 출력 전기량과 동일하도록 제2 배터리 셀(11b)의 밸런싱을 제어할 수 있다.Accordingly, the low-voltage power supply device 100 using a battery cell according to an exemplary embodiment of the present invention provides a second battery so that the discharged electricity amount of the second battery cell 11b is the same as the output electricity amount of the first battery cell 11a. It is possible to control the balancing of the cell 11b.

이를 위하여, 측정부(130)는 제1 배터리 셀(11a)에서 전압 변환부(120)로 출력되는 출력 전류의 출력 전류값을 측정하는 역할을 수행할 수 있다.To this end, the measurement unit 130 may serve to measure an output current value of an output current output from the first battery cell 11a to the voltage converter 120.

이때, 측정부(130)는 전압 변환부(120)와 제1 배터리 셀(11a) 사이에 연결되는 측정 저항(131)과 측정 저항(131)에 출력 전류가 흐름으로써 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정 센서(132)를 포함할 수 있다.At this time, the measurement unit 130 is a voltage for measuring a voltage applied as an output current flows through the measurement resistor 131 and the measurement resistor 131 connected between the voltage converter 120 and the first battery cell 11a. It may include a measurement sensor 132.

일 실시예에 따른 측정부(130)는 측정 저항(131)과 전압 측정 센서(132)를 이용하여 출력 전류값을 측정하는 것으로 설명하였으나, 출력 전류값을 측정하는한 측정부(130)의 구성과 종류는 한정되지 않음을 유의한다.Although it has been described that the measurement unit 130 according to an embodiment measures the output current value using the measurement resistance 131 and the voltage measurement sensor 132, the configuration of the measurement unit 130 as long as the output current value is measured. Note that the type of family is not limited.

예를 들어, 다른 실시예에 따른 측정부는 자기장을 이용하여 전류를 측정하는 홀센서를 포함할 수 있다. For example, the measurement unit according to another embodiment may include a Hall sensor that measures current using a magnetic field.

산출부(140)는 측정부(130)로부터 측정된 출력 전류값을 이용하여 제1 배터리 셀(11a)에서 전압 변환부(120)로 출력된 출력 전기량을 산출하는 역할을 수행할 수 있다.The calculation unit 140 may perform a role of calculating the amount of output electricity output from the first battery cell 11a to the voltage converter 120 by using the output current value measured by the measurement unit 130.

보다 구체적으로, 산출부(140)는 측정된 출력 전류값과 제1 배터리 셀(11a)에서 전압 변환부(120)로 출력 전류가 출력된 출력 시간을 이용하여 출력 전기량을 산출할 수 있다.More specifically, the calculation unit 140 may calculate an output electricity amount using the measured output current value and an output time at which the output current is output from the first battery cell 11a to the voltage converter 120.

이때, 산출부(140)는 하기의 수학식 1을 이용하여 출력 전기량을 산출할 수 있다.In this case, the calculation unit 140 may calculate the amount of output electricity by using Equation 1 below.

<수학식1><Equation 1>

Figure 112016074311423-pat00005
Figure 112016074311423-pat00005

여기서, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값, to는 상기 출력 시간이다.Here, Qo is the output electricity quantity, Io is the output current value, and to is the output time.

여기서, 출력 전기량은 제1 배터리 셀(11a) 각각의 배터리 셀에서 전력 변환부로 출력된 출력 전기량 즉, 소모된 전기량일 수 있다.Here, the amount of output electricity may be an amount of output electricity output from each battery cell of the first battery cell 11a to the power converter, that is, the amount of electricity consumed.

상술한 바와 같이, 전력 변환부(120)와 제1 배터리 셀(11a)만을 연결하여 저전압 전원을 제공하는 경우, 제1 배터리 셀(11a)의 전기량만 소모됨으로써 제1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b) 간에 충전된 전기량의 불균형이 발생하게 된다.As described above, when low voltage power is provided by connecting only the power converter 120 and the first battery cell 11a, only the amount of electricity of the first battery cell 11a is consumed, and thus the first battery cell 11a and the first battery cell 11a are used. 2 An imbalance in the amount of charged electricity occurs between the battery cells 11b.

이때, 제2 배터리 셀(11b)이 충전 및 방전되지 않는 경우, 산출부(140)로부터 산출된 출력 전기량 만큼 제1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b) 간에 전기량의 불균형이 발생하게 된다.At this time, when the second battery cell 11b is not charged and discharged, an imbalance in the amount of electricity occurs between the first battery cell 11a and the second battery cell 11b as much as the output electricity amount calculated from the calculation unit 140. do.

이하에서는 1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b) 간에 전기량의 불균형을 방지하는 방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of preventing an imbalance in the amount of electricity between the first battery cell 11a and the second battery cell 11b will be described.

추정부(150)는 제2 배터리 셀(11b)에서 밸런싱 저항(112)으로 흐르는 방전 전류의 방전 전류값을 추정하는 역할을 수행할 수 있다.The estimating unit 150 may perform a role of estimating a discharge current value of a discharge current flowing from the second battery cell 11b to the balancing resistor 112.

보다 구체적으로, 추정부(150)는 밸런싱부(110)에 포함된 밸런싱 저항(112)의 밸런싱 저항값과 제2 배터리 셀(11b)의 현재 충전 전압을 이용하여 배런싱 저항(112)에 흐르는 방전 전류의 방전 전류값을 추정할 수 있다.More specifically, the estimating unit 150 uses the balancing resistance value of the balancing resistance 112 included in the balancing unit 110 and the current charging voltage of the second battery cell 11b to flow through the balancing resistance 112. The discharge current value of the discharge current can be estimated.

이를 통해, 추정부(150)는 측정부(130)와 같이, 별도의 센서 또는 측정 저항을 별도로 연결하거나 구비하지 않고도 제2 배터리 셀(11b)의 방전 전류값을 추정할 수 있다.Through this, the estimating unit 150 may estimate the discharge current value of the second battery cell 11b without separately connecting or providing a separate sensor or a measurement resistor, like the measurement unit 130.

여기서, 밸런싱 저항(112)의 밸런싱 저항값은 밸런싱 부(110) 마다 미리 저장될 수 있으며, 제2 배터리 셀(11b)의 충전 전압은 상술된 BMS로부터 수신될 수 있다.Here, the balancing resistance value of the balancing resistor 112 may be stored in advance for each balancing unit 110, and the charging voltage of the second battery cell 11b may be received from the above-described BMS.

한편, 일 실시예에 따른 추정부(150)는 제2 배터리 셀(11b)의 방전 전류값을 측정하지 않고 밸런싱부(110)에 포함된 소자들의 특성값을 이용하여 추정하는 것으로 설명하였으나 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)는 추정부(150)를 대신하여 상술된 측정부(130)와 동일한 방전 전류값 측정부를 통해 방전 전류값을 측정할 수 있다.Meanwhile, the estimating unit 150 according to an embodiment has been described as estimating using the characteristic values of the elements included in the balancing unit 110 without measuring the discharge current value of the second battery cell 11b. The low voltage power supply device 100 using the battery cell according to the example may measure the discharge current value through the same discharge current value measuring unit as the above-described measuring unit 130 in place of the estimating unit 150.

제어부(160)는 밸런싱 시간 동안 제2 배터리 셀(11b)과 연결된 스위치 소자(111)의 작동 상태를 온(On)으로 제어하여 제2 배터리 셀(11a, 11b)과 밸런싱 저항(112)을 연결함으로써 제2 배터리 셀(11b)을 방전시키는 역할을 수행할 수 있다.The control unit 160 connects the second battery cells 11a and 11b and the balancing resistor 112 by controlling the operating state of the switch element 111 connected to the second battery cell 11b to On during the balancing time. As a result, the second battery cell 11b may be discharged.

즉, 제어부(160)는 제1 배터리 셀(11a)에서 전력 변환부(120)로 출력된 출력 전기량만큼 제2 배터리 셀(11b)의 전기량을 소모시키기 위하여 스위치 소자(111)를 제어하여 밸런싱 시간 동안 제2 배터리 셀(11b)을 방전시킬 수 있다.In other words, the control unit 160 controls the switch element 111 to consume the amount of electricity of the second battery cell 11b as much as the amount of electricity output from the first battery cell 11a to the power conversion unit 120 to control the balancing time. During the period, the second battery cell 11b may be discharged.

여기서, 밸런싱 시간은 추정부(150)로부터 추정된 방전 전류값의 방전 전류로 제2 배터리 셀(11b)을 방전하는 경우, 방전 전기량이 출력 전기량과 동일해지도록 제2 배터리 셀(11b)과 연결된 스위치 소자(111)의 작동 상태를 온(On)으로 제어하는 시간일 수 있다.Here, the balancing time is connected to the second battery cell 11b so that when the second battery cell 11b is discharged with the discharge current of the discharge current value estimated from the estimating unit 150, the amount of discharged electricity is equal to the amount of output electricity. It may be a time for controlling the operating state of the switch element 111 to be ON.

즉, 제어부(160)가 밸런싱 시간 동안 제2 배터리 셀(11b)과 연결된 스위치 소자(111)의 작동 상태를 온(On)으로 제어하여 제2 배터리 셀(11b)을 방전시키는 경우, 방전 전기량과 출력 전기량이 동일해짐으로써, 제1 배터리 셀(11a)와 제2 배터리 셀(11b) 간에 전기량이 균일해질 수 있다.That is, when the control unit 160 discharges the second battery cell 11b by controlling the operation state of the switch element 111 connected to the second battery cell 11b to On during the balancing time, the amount of discharged electricity and As the output electricity amount becomes the same, the amount of electricity between the first battery cell 11a and the second battery cell 11b may be uniform.

이때, 제어부(160)는 하기의 수학식 2를 이용하여 밸런싱 시간을 산출할 수 있다.In this case, the controller 160 may calculate the balancing time using Equation 2 below.

<수학식 2><Equation 2>

Figure 112020107043528-pat00017
Figure 112020107043528-pat00017

여기서, tb는 상기 밸런싱 시간, Qb는 상기 방전 전기량, Ib는 상기 방전 전류값, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값이다.Here, tb is the balancing time, Qb is the discharge electricity amount, Ib is the discharge current value, Qo is the output electricity amount, and Io is the output current value.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치(100)는 발열과 부품 가격이 낮은 전압 변환부(120)를 이용하여 저전압 전원을 제공할 뿐만 아니라 제1 배터리 셀(11a)과 제2 배터리 셀(11b) 간의 소모되는 전기량을 동일하게 제어할 수 있다.Accordingly, the low-voltage power supply device 100 using a battery cell according to an embodiment of the present invention not only provides low-voltage power using the voltage converter 120, which has low heat generation and a low component price, but also provides a first battery cell ( The amount of electricity consumed between 11a) and the second battery cell 11b may be equally controlled.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of supplying low voltage power using a battery cell according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전압 변환부가 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하게 된다(S401). 여기서, 미리 설정된 저전압은 전기 자동차의 전장을 구동시키기 위한 저전압 전원의 전압으로 설정될 수 있다.Referring to FIG. 4, the voltage converter is connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in the battery to convert the output voltage of the first battery cell into a preset low voltage (S401). Here, the preset low voltage may be set as a voltage of a low voltage power source for driving the electric vehicle of the electric vehicle.

한편, 전력 변환부와 제1 배터리 셀만을 연결하여 저전압 전원을 제공하는 경우, 제1 배터리 셀에 충전된 전기량만 소모됨으로써 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀 간에 충전된 전기량의 불균형이 발생하게 된다.Meanwhile, when low voltage power is provided by connecting only the power converter and the first battery cell, only the amount of electricity charged in the first battery cell is consumed, resulting in an imbalance in the amount of electricity charged between the first battery cell and the second battery cell. .

이에 따라, 후술되는 S402 단계 내지 S406 단계를 통해 제2 배터리 셀(11b)의 방전 전기량이 제1 배터리 셀(11a)의 출력 전기량과 동일하도록 제2 배터리 셀(11b)의 밸런싱을 제어하게 된다.Accordingly, the balancing of the second battery cell 11b is controlled so that the amount of discharged electricity of the second battery cell 11b is the same as the amount of outputted electricity of the first battery cell 11a through steps S402 to S406 to be described later.

보다 구체적으로, 측정부가 제1 배터리 셀에서 전압 변환부로 출력되는 출력 전류의 출력 전류값을 측정하게 되고(S402), 산출부가 측정된 출력 전류의 출력 전류값과 출력 전류가 출력된 출력 시간을 이용하여 출력 전기량을 산출하게 된다(S403).More specifically, the measurement unit measures the output current value of the output current output from the first battery cell to the voltage converter (S402), and the calculation unit uses the output current value of the measured output current and the output time at which the output current is output. Thus, the output electricity quantity is calculated (S403).

다음으로, 추정부가 제2 배터리 셀의 충전 전압 및 밸런싱 저항의 밸런싱 저항값 중 하나 이상을 이용하여 밸런싱 저항에 흐르는 방전 전류의 방전 전류값를 추정하게 된다(S404).Next, the estimating unit estimates the discharge current value of the discharge current flowing through the balancing resistor by using at least one of the charging voltage of the second battery cell and the balancing resistance value of the balancing resistor (S404).

제어부가 방전 전류값을 이용하여 제2 배터리 셀과 밸런싱 저항이 연결되는 밸런싱 시간을 방전 전기량과 출력 전기량이 동일하도록 산출하게 되고(S405), 산출된 밸런싱 시간 동안 제2 배터리 셀과 밸런싱 저항을 연결시켜 제2 배터리 셀을 방전시키게 된다(S406).The control unit calculates the balancing time that the second battery cell and the balancing resistor are connected using the discharge current value so that the discharged electricity amount and the output electricity amount are the same (S405), and connects the second battery cell and the balancing resistor during the calculated balancing time. So that the second battery cell is discharged (S406).

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법은 발열과 부품 가격이 낮은 전압 변환부를 이용하여 저전압 전원을 제공할 뿐만 아니라 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀 간의 소모되는 전기량을 동일하게 제어할 수 있다.Accordingly, the method of supplying low voltage power using a battery cell according to an embodiment of the present invention not only provides low voltage power by using a voltage converter with low heat generation and component cost, but also is consumed between the first battery cell and the second battery cell. The amount of electricity can be controlled equally.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.

100 : 배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치
110 : 밸런싱부
111 : 스위칭 소자 112 : 밸런싱 저항
113 : 게이트 저항
D : 드레인 단자 G : 게이트 단자
S : 소스 단자
120 : 전압 변환부 130 : 측정부
140 : 산출부 150 : 추정부
160 : 제어부
10 : 배터리
11a : 제1 배터리 셀 11b : 제2 배터리 셀
20: 배터리 관리 시스템100: low voltage power supply using a battery cell
110: balancing unit
111: switching element 112: balancing resistor
113: gate resistance
D: drain terminal G: gate terminal
S: source terminal
120: voltage conversion unit 130: measurement unit
140: calculation unit 150: estimation unit
160: control unit
10: battery
11a: first battery cell 11b: second battery cell
20: battery management system

Claims (14)

배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 상기 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하는 전압 변환부;
상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력된 출력 전기량을 산출하는 산출부; 및
상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 상기 출력 전기량과 동일하도록 상기 제2 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항 간의 연결을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치.
A voltage converter connected to a first battery cell among a plurality of battery cells included in a battery to convert an output voltage of the first battery cell into a preset low voltage;
A calculator configured to calculate an amount of output electricity output from the first battery cell to the voltage converter; And
A control unit for controlling a connection between the second battery cell and a balancing resistor for discharging the second battery cell such that an amount of discharged electricity of a second battery cell not connected to the voltage converter among the plurality of battery cells is equal to the output amount of electricity Characterized in that it comprises;
Low voltage power supply using battery cells.
 제1항에 있어서,
상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력되는 출력 전류의 출력 전류값을 측정하는 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치.
The method of claim 1,
A measuring unit for measuring an output current value of an output current output from the first battery cell to the voltage conversion unit; characterized in that it further comprises,
Low voltage power supply using battery cells.
 제2항에 있어서,
상기 산출부는,
상기 측정된 출력 전류의 출력 전류값과 상기 출력 전류가 출력된 출력 시간을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치.
The method of claim 2,
The calculation unit,
Characterized in that the output electricity quantity is calculated using an output current value of the measured output current and an output time at which the output current is output,
Low voltage power supply using battery cells.
 제3항에 있어서,
상기 산출부는,
하기의 수학식을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치.

<수학식>
Figure 112016074311423-pat00007

여기서, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값, to는 상기 출력 시간이다.
The method of claim 3,
The calculation unit,
Characterized in that the output electricity quantity is calculated using the following equation,
Low voltage power supply using battery cells.

<Equation>
Figure 112016074311423-pat00007

Here, Qo is the output electricity quantity, Io is the output current value, and to is the output time.
 제2항에 있어서,
상기 제2 배터리 셀의 충전 전압 및 상기 밸런싱 저항의 밸런싱 저항값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항에 흐르는 방전 전류의 방전 전류값를 추정하는 추정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치.
The method of claim 2,
An estimating unit for estimating a discharge current value of a discharge current flowing through the balancing resistor by using at least one of a charging voltage of the second battery cell and a balancing resistance value of the balancing resistor; characterized in that it further comprises,
Low voltage power supply using battery cells.
 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 방전 전류값을 이용하여 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항이 연결되는 밸런싱 시간을 상기 방전 전기량과 상기 출력 전기량이 동일하도록 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치.
The method of claim 5,
The control unit,
The second battery cell and the balancing resistor are calculated so that the amount of discharged electricity and the amount of output electricity are equal to each other using the discharge current value, and the second battery cell and the balancing resistance are calculated during the calculated balancing time. It characterized in that by connecting to discharge the second battery cell,
Low voltage power supply using battery cells.
 제6항에 있어서,
상기 제어부는,
하기 수학식을 이용하여 상기 밸런싱 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 장치.

<수학식>
Figure 112020107043528-pat00018

여기서, tb는 상기 밸런싱 시간, Qb는 상기 방전 전기량, Ib는 상기 방전 전류값, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값이다.
The method of claim 6,
The control unit,
Characterized in that calculating the balancing time using the following equation,
Low voltage power supply using battery cells.

<Equation>
Figure 112020107043528-pat00018

Here, tb is the balancing time, Qb is the discharge electricity amount, Ib is the discharge current value, Qo is the output electricity amount, and Io is the output current value.
 전압 변환부가 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀 중에서 제1 배터리 셀과 연결되어 상기 제1 배터리 셀의 출력 전압을 미리 설정된 저전압으로 변환하는 단계;
산출부가 상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력된 출력 전기량을 산출하는 단계; 및
제어부가 상기 복수의 배터리 셀 중에서 상기 전압 변환부와 연결되지 않은 제2 배터리 셀의 방전 전기량이 상기 출력 전기량과 동일하도록 상기 제2 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는 밸런싱 저항 간의 연결을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법.
Converting an output voltage of the first battery cell into a preset low voltage by connecting a voltage converter to a first battery cell among a plurality of battery cells included in the battery;
Calculating, by a calculation unit, an amount of output electricity output from the first battery cell to the voltage converter; And
The control unit controls the connection between the second battery cell and the balancing resistor for discharging the second battery cell so that the amount of discharged electricity of the second battery cell not connected to the voltage converter among the plurality of battery cells is the same as the output amount of electricity. Characterized in that it comprises;
Low voltage power supply method using battery cells.
 제8항에 있어서,
측정부가 상기 제1 배터리 셀에서 상기 전압 변환부로 출력되는 출력 전류의 출력 전류값을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법.
The method of claim 8,
The step of measuring an output current value of an output current output from the first battery cell to the voltage converter by a measuring unit; characterized in that it further comprises,
Low voltage power supply method using battery cells.
 제9항에 있어서,
상기 산출하는 단계는,
상기 산출부가 상기 측정된 출력 전류의 출력 전류값과 상기 출력 전류가 출력된 출력 시간을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법.
The method of claim 9,
The calculating step,
And calculating the output electricity quantity using the output current value of the measured output current and the output time at which the output current is output;
Low voltage power supply method using battery cells.
 제10항에 있어서,
상기 산출하는 단계는,
상기 산출부가 하기의 수학식을 이용하여 상기 출력 전기량을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법.

<수학식>
Figure 112016074311423-pat00009

여기서, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값, to는 상기 출력 시간이다.
The method of claim 10,
The calculating step,
The calculation unit further comprising: calculating the output electricity quantity using the following equation,
Low voltage power supply method using battery cells.

<Equation>
Figure 112016074311423-pat00009

Here, Qo is the output electricity quantity, Io is the output current value, and to is the output time.
 제9항에 있어서,
측정부가 상기 제2 배터리 셀의 충전 전압 및 상기 밸런싱 저항의 밸런싱 저항값 중 하나 이상을 이용하여 상기 밸런싱 저항에 흐르는 방전 전류의 방전 전류값를 추정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법.
The method of claim 9,
Estimating a discharge current value of a discharge current flowing through the balancing resistor by using at least one of a charging voltage of the second battery cell and a balancing resistance value of the balancing resistor by a measuring unit;
Low voltage power supply method using battery cells.
 제12항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
상기 제어부가 상기 방전 전류값을 이용하여 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항이 연결되는 밸런싱 시간을 상기 방전 전기량과 상기 출력 전기량이 동일하도록 산출하고, 상기 산출된 밸런싱 시간 동안 상기 제2 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항을 연결시켜 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법.
The method of claim 12,
The controlling step,
The control unit calculates a balancing time at which the second battery cell and the balancing resistor are connected using the discharge current value to be the same as the discharge electric quantity and the output electric quantity, and the second battery cell and the second battery cell during the calculated balancing time And discharging the second battery cell by connecting the balancing resistor.
Low voltage power supply method using battery cells.
 제13항에 있어서,
상기 제어하는 단계는,
상기 제어부가 하기 수학식을 이용하여 상기 밸런싱 시간을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 셀을 이용한 저전압 전원 공급 방법.

<수학식>
Figure 112020107043528-pat00019

여기서, tb는 상기 밸런싱 시간, Qb는 상기 방전 전기량, Ib는 상기 방전 전류값, Qo는 상기 출력 전기량, Io는 상기 출력 전류값이다.
The method of claim 13,
The controlling step,
Comprising, by the control unit, the balancing time using the following equation; characterized in that it further comprises,
Low voltage power supply method using battery cells.

<Equation>
Figure 112020107043528-pat00019

Here, tb is the balancing time, Qb is the discharge electricity amount, Ib is the discharge current value, Qo is the output electricity amount, and Io is the output current value.
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