KR19990050662A - Battery equalization method by discharge voltage - Google Patents

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Abstract

배터리 모듈의 임피던스에 의한 충전 상태 불균형이 발생하였을 경우 배터리 충전 중 각 배터리 모듈의 충전 상태를 균형화 시키는 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법에 관한 것으로, 전기자동차의 운행에 따른 배터리 방전중 방전 전류가 소정의 전류값일 때의 배터리 각 모듈의 전압을 검출하여 각 모듈의 충전 상태를 확인하고, 충전 상태가 불균형된 모듈이 있을 경우 다른 모듈과의 용량차를 연산한 다음, 배터리 충전시 소정의 정전류로 연산된 용량차만큼 보충전하여 충전 상태가 불균형된 모듈을 등가화 함으로써 배터리의 사용 가능한 에너지를 증가시켜 전기자동차의 주행 거리를 연장시킬 수 있다.The present invention relates to a method of equalizing a battery by a discharge voltage that balances the state of charge of each battery module while charging the battery when an imbalance of the charge state occurs due to the impedance of the battery module. Detect the charging status of each module by detecting the voltage of each module at the battery's current value.If there is a module with an unbalanced charging status, calculate the capacity difference with the other module, and then calculate it with a predetermined constant current when charging the battery. By replenishing the capacity difference, the module having an unbalanced state of charge can be equalized to increase the usable energy of the battery, thereby extending the driving distance of the electric vehicle.

Description

방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법Battery equalization method by discharge voltage

본 발명은 전기자동차의 배터리 등가화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈의 임피던스에 의한 충전 상태 불균형이 발생하였을 경우 배터리 충전 중 각 배터리 모듈의 충전 상태를 균형화 시키는 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery equalization method of an electric vehicle, and more particularly, when the state of charge imbalance caused by the impedance of the battery module occurs, battery equalization by the discharge voltage to balance the state of charge of each battery module during battery charging It is about a method.

일반적으로 전기자동차는 가솔린 자동차와는 달리 모듈화되어 있는 배터리의 한정된 에너지를 이용하여 주행하는 것으로, 배터리의 한정된 에너지가 소모되면 외부 전원에 의해 배터리를 충전하여야 한다.In general, unlike a gasoline car, an electric vehicle runs using the limited energy of a modular battery, and when the limited energy of the battery is consumed, the electric vehicle must be charged by an external power source.

이러한 전기자동차의 배터리 각각의 모듈은 초기 제조 규격 및 모듈의 온도, 모듈의 임피던스 또는 계속적인 충방전 사이클에 따라 사용 가능한 전류량(전하량)에 대한 인가된(충전된) 전류량의 비율로 나타내어지는 충전 상태(SOC : STATE OF CHARGING)가 달라지는 현상이 발생한다.Each module of a battery of such an electric vehicle has a state of charge expressed as a ratio of the applied (charged) current to the available current (charge) according to the initial manufacturing specification and the temperature of the module, the impedance of the module, or the continuous charge / discharge cycle. (SOC: STATE OF CHARGING) is changed.

즉, 배터리를 방전하였을 경우 충전 상태가 0일 때의 배터리팩을 구성하고 있는 각 모듈들의 전압이 달라진다.That is, when the battery is discharged, the voltage of each module constituting the battery pack when the state of charge is zero is different.

이러한 배터리 각 모듈의 충전 상태 불균형은 사용할 수 있는 배터리 에너지의 감소를 가져온다.This state of charge imbalance of each battery module results in a reduction in the available battery energy.

일 예로 충전 전압이 같을 경우 임피던스가 높은 모듈은 임피던스가 낮은 모듈보다 충전 전류량(전하량)이 작기 때문에 그만큼 배터리 에너지의 사용 시간이 감소되고, 그에 따라 전기자동차의 주행 거리가 단축되는 문제점이 발생한다.For example, when the charging voltage is the same, a module having a high impedance has a smaller charging current (charge amount) than a module having a low impedance, thereby reducing the use time of battery energy, thereby reducing the driving distance of the electric vehicle.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 배터리 각 모듈의 충전 상태 불균형을 등가화 시켜 이용할 수 있는 배터리의 에너지를 증가시키는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of which is to increase the energy of the battery that can be used to equalize the imbalance of the state of charge of each battery module.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 전기자동차의 등가화 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이고,1 is a block diagram schematically illustrating an equivalent device of an electric vehicle for explaining an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예인 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법을 개략적으로 도시한 동작 순서도이고,2 is an operation flowchart schematically showing a method of equalizing a battery by a discharge voltage according to an embodiment of the present invention.

도 3은 배터리 각 모듈의 등가화를 설명하기 위한 충전 상태를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing a state of charge for explaining the equalization of each battery module.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기자동차의 운행에 따른 배터리 방전중 방전 전류가 소정의 전류값일 때의 배터리 각 모듈의 전압을 검출하여 각 모듈의 충전 상태를 확인하고, 충전 상태가 불균형된 모듈이 있을 경우 다른 모듈과의 용량차를 연산한 다음, 배터리 충전시 소정의 정전류로 연산된 용량차만큼 보충전하여 충전 상태가 불균형된 모듈을 등가화 시킨다.In order to achieve the above object, the present invention, by detecting the voltage of each module of the battery when the discharge current is a predetermined current value during the battery discharge according to the operation of the electric vehicle to check the state of charge of each module, If there is an imbalanced module, the capacity difference with the other module is calculated, and then the battery is charged with the capacity difference calculated with a predetermined constant current when charging the battery to equalize the unbalanced module.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 전기자동차의 배터리 등가화 장치는 배터리 제어부(10)와 충전부(20), 릴레이 박스(40), 전압 검출부(50)로 이루어진다.As can be seen in FIG. 1, the battery equalization apparatus of an electric vehicle includes a battery controller 10, a charging unit 20, a relay box 40, and a voltage detector 50.

배터리 제어부(10)는 각 배터리 모듈(30)의 상태를 파악하며, 그에 따라 배터리(30) 충전 및 등가화를 위한 소정의 신호를 출력한다.The battery controller 10 grasps the state of each battery module 30 and accordingly outputs a predetermined signal for charging and equalizing the battery 30.

충전부(20)는 외부에서 인가되는 전원을 직류 전원으로 변환하여 스위치(S)가 온 되었을 때 배터리(30) 충전을 위한 6KW의 전기적인 신호를 출력하는 제 1정류기(21)와, 외부에서 인가되는 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리(30)의 각 모듈을 보충전 시키기 위한 40W의 전기적인 신호를 출력하는 제 2정류기(22)로 이루어지며, 배터리 제어부(10)의 신호에 따라 배터리(30) 충전 및 배터리(30) 각 모듈을 보충전 시키기 위한 소정의 전기적인 신호를 출력한다.The charging unit 20 converts power applied from the outside into direct current power, and when the switch S is turned on, the first rectifier 21 for outputting an electrical signal of 6KW for charging the battery 30, and applied from the outside. It is composed of a second rectifier 22 for outputting a 40W electrical signal for replenishing each module of the battery 30 by converting the power to a DC power source, the battery 30 in accordance with the signal of the battery controller 10 ) Outputs a predetermined electrical signal for charging and replenishing each module of the battery 30.

릴레이 박스(40)는 배터리(30) 각 모듈 전압 검출선의 양측에 제 2정류기(22)의 + 출력단과 연결된 +접점과, 제 2정류기(22)의 - 출력단과 연결된 -접점이 각각 형성되어 있는 릴레이로 이루어지며, n번째의 배터리(30) 모듈을 보충전 시킬 경우 n-1번째의 릴레이 접점은 +접점에 접속되고, n번째의 릴레이 접점은 -접점에 접속되어 제 2정류기(22)의 전기적인 신호에 의해 n번째의 배터리 모듈을 보충전 시킨다.The relay box 40 includes a + contact connected to the + output terminal of the second rectifier 22 and a-contact connected to the − output terminal of the second rectifier 22 on both sides of each module voltage detection line of the battery 30. In the case of replenishing the nth battery 30 module, the n-1th relay contact is connected to the + contact, and the nth relay contact is connected to the-contact so that the second rectifier 22 The nth battery module is recharged by an electrical signal.

전압 검출부(50)는 릴레이 박스(40)의 접점 선택에 따라 보충전 되는 배터리 모듈의 전압을 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.The voltage detector 50 detects the voltage of the battery module to be recharged according to the contact selection of the relay box 40 and outputs a predetermined signal accordingly.

이와 같이 구성된 전기자동차의 배터리 등가화 장치에서 본 발명의 일 실시예인 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.The battery equalization method by the discharge voltage, which is an embodiment of the present invention, in the battery equalization device of the electric vehicle configured as described above will be described in detail.

배터리의 등가화란 배터리팩을 구성하고 있는 모듈 또는 셀 들의 사용 가능한 전하량을 등가화 시키는 것으로, 도 3에서와 같이 충전 상태(SOC)가 0%에서 각 모듈 또는 셀 들의 컷오프(CUTOFF) 전압이 동일하도록 하는 것이다.Equalization of the battery is equivalent to the available charge of the modules or cells constituting the battery pack, as shown in Figure 3 so that the cut-off voltage of each module or cell is equal at 0% state of charge (SOC) It is.

이를 정확히 구현하기 위해서는 C/3(모듈의 사용 가능한 전하량/3)으로 충전 상태를 0%까지 방전을 하여야 한다. 그러나, 전기자동차의 주행시 이는 현실적으로 불가능하므로 전기자동차의 배터리 충전 직전 방전 데이터 중 C/3 방전 전류와 전압 데이터를 근거로 충전 용량이 부족한 모듈을 확인하여 보충전을 한다.In order to implement this correctly, the charge state must be discharged to 0% with C / 3 (the available charge / 3 of the module). However, since the driving of the electric vehicle is impossible in reality, the module having the insufficient charging capacity is checked based on the C / 3 discharge current and the voltage data among the discharge data immediately before the battery charging of the electric vehicle.

이와 같은 보충전을 위해 먼저, 전기자동차의 운행중 배터리 제어부(10)는 배터리(30)에서 방전되는 전류를 검출하여(S1) 검출된 방전 전류가 C/3인지를 판단한다(S2).For such supplementary charging, first, during operation of the electric vehicle, the battery controller 10 detects a current discharged from the battery 30 (S1) and determines whether the detected discharge current is C / 3 (S2).

이때, 검출된 방전 전류가 C/3이면 배터리 제어부(10)는 릴레이 박스(40)의 모듈 전압 검출선을 이용하여 배터리(30)의 각 모듈 전압을 검출하고(S3), 검출된 모듈 전압에 따라 다음의 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 의해 배터리(30) 각 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인한다(S4).At this time, if the detected discharge current is C / 3, the battery controller 10 detects each module voltage of the battery 30 by using the module voltage detection line of the relay box 40 (S3) and applies the detected module voltage to the detected module voltage. Accordingly, the charging state SOC of each module of the battery 30 is confirmed by the following Equations 1, 2, and 3 (S4).

검출된 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이상이면 수학식 1에 의해 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인하고, 검출된 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이내이면 수학식 2에 의해 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인하고, 검출된 모듈의 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이하이면 수학식 3에 의해 모듈의 충전 상태(SOC)를 확인한다.If the detected module voltage is greater than or equal to the set reference voltage value range, the charging state (SOC) of the module is checked by Equation 1, and if the detected module voltage is within the set reference voltage value range, the module is charged by Equation 2 The state SOC is checked, and if the detected module voltage is less than or equal to the set reference voltage value range, the charging state SOC of the module is confirmed by Equation 3.

SOC[%]=-230/(1+e((VM-12.88)/0.499552))+100.78SOC [%] =-230 / (1 + e ((V M -12.88) /0.499552) ) +100.78

SOC[%]=-97.95/(1+e((VM-13.876)/0.27481))+114.05SOC [%] =-97.95 / (1 + e ((V M -13.876) /0.27481) ) +114.05

SOC[%]=-88/(1+e((VM-13.902)/0.72421))+86.578SOC [%] =-88 / (1 + e ((V M -13.902) /0.72421) ) +86.578

그리고, 검출되는 각 모듈의 전압에 따라 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 의해 확인된 각 모듈의 충전 상태를 비교하여 불균형 즉, 충전 용량이 부족한 모듈이 있는지를 확인한다(S5). 이때, n번째 모듈의 충전 상태(SOC1)가 불균형이라 확인되면 배터리 제어부(10)는 다른 모듈의 충전 상태(SOC2)와 비교하여 그 용량차(SOC2-SOC1)를 연산한다.Then, the charging state of each module identified by Equation 1, Equation 2, and Equation 3 is compared according to the detected voltage of each module to determine whether there is a module having an imbalance, that is, a lack of charge capacity (S5). At this time, when it is determined that the state of charge SOC1 of the nth module is unbalanced, the battery controller 10 calculates the capacity difference SOC2-SOC1 by comparing with the state of charge SOC2 of another module.

이후, 사용자가 전기자동차의 배터리(30)를 충전하기 위하여 외부 3상 교류 전원을 인가하여 스위치(S)가 "온" 되면(S6) 배터리 제어부(10)는 충전기(20)의 제 1정류기(21)를 통해 외부 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환시켜 배터리(30)를 충전시킨다(S7).Subsequently, when the user applies an external three-phase AC power to charge the battery 30 of the electric vehicle and the switch S is "on" (S6), the battery controller 10 may determine the first rectifier of the charger 20. 21) to convert the external three-phase AC power to DC power to charge the battery 30 (S7).

이와 동시에 배터리 제어부(10)는 배터리 충전 모드가 정전류 충전 모드일 경우 릴레이 박스(40)의 n-1번째 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 +단자에 연결된 +접점에 접속하고, n번째 모듈 전압 검출선의 릴레이 접점을 제 2정류기(22)의 -단자에 연결된 -접점에 접속하여 제 2정류기(22)에서 직류 전원으로 변환된 소정의 정전류를 이용하여 충전 상태가 불균형인 n번째 모듈을 용량차(SOC2-SOC1) 만큼 보충전시켜(S8) 배터리(30)의 각 모듈을 등가화 시킨다.At the same time, the battery controller 10 connects the relay contact of the n-1th module voltage detection line of the relay box 40 to the + contact connected to the + terminal of the second rectifier 22 when the battery charging mode is the constant current charging mode. n, the charging state is imbalanced by using a predetermined constant current converted from the second rectifier 22 to a DC power supply by connecting the relay contact of the nth module voltage detection line to the-contact connected to the-terminal of the second rectifier 22. The second module is recharged by the capacity difference SOC2-SOC1 (S8) to equalize each module of the battery 30.

이와 같이 본 발명은 전기자동차의 주행에 따른 배터리 방전 전류와 각 모듈의 전압에 따라 충전 상태가 불균형된 모듈을 확인하여 배터리 충전중 정전류를 이용하여 충전 상태가 불균형된 배터리 모듈을 보충전하여 등가화 시킴으로써 배터리의 사용 가능한 에너지를 증가시켜 전기자동차의 주행 거리를 연장시킬 수 있다.As described above, the present invention identifies modules in which the state of charge is unbalanced according to the battery discharge current and the voltage of each module according to the driving of the electric vehicle, and supplements and equalizes the battery module in which the state of charge is imbalanced using the constant current during battery charging. Increasing the available energy of the battery can extend the range of electric vehicles.

Claims (4)

전기자동차의 운행에 따른 배터리 방전중 방전 전류가 소정의 전류값일 때의 배터리 각 모듈의 전압을 검출하는 단계와;Detecting a voltage of each module of the battery when the discharge current during the battery discharge according to the operation of the electric vehicle is a predetermined current value; 상기 단계에서 검출된 모듈 전압에 따라 각 모듈의 충전 상태를 확인하여 충전 상태가 불균형된 모듈이 있는지를 확인하는 단계와;Checking the state of charge of each module according to the module voltage detected in the step to check whether there is a module with an unbalanced state of charge; 상기 단계에서 충전 상태가 불균형된 모듈이 있을 경우 다른 모듈과의 용량차를 연산하는 단계와;Calculating a capacity difference with another module when there is a module with an unbalanced state of charge in the above step; 상기 단계에서 확인된 충전 상태가 불균형인 모듈을 배터리 충전시 소정의 정전류로 상기 단계에서 연산된 용량차만큼 보충전하여 등가화 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법.And recharging the module having an unbalanced state of charge identified in the step by refilling the battery by a predetermined constant current with a predetermined constant current when charging the battery. 청구항 1 에 있어서, 상기 단계에서 검출된 모듈 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이상일 경우에는 다음의 수학식에 의해 모듈의 충전 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법.The method of claim 1, wherein when the module voltage detected in the step is greater than or equal to the set reference voltage value range, the charging state of the module is checked by the following equation. SOC[%]=-230/(1+e((VM-12.88)/0.499552))+100.78SOC [%] =-230 / (1 + e ((V M -12.88) /0.499552) ) +100.78 청구항 1 또는 2 에 있어서, 상기 단계에서 검출된 모듈 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이내일 경우에는 다음의 수학식에 의해 모듈의 충전 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법.The method of claim 1 or 2, wherein when the module voltage detected in the step is within a set reference voltage value range, the charging state of the module is checked by the following equation. SOC[%]=-97.95/(1+e((VM-13.876)/0.27481))+114.05SOC [%] =-97.95 / (1 + e ((V M -13.876) /0.27481) ) +114.05 청구항 3 에 있어서, 상기 단계에서 검출된 모듈 전압이 설정된 기준 전압값 범위 이하일 경우에는 다음의 수학식에 의해 모듈의 충전 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 방전 전압에 의한 배터리 등가화 방법.The method according to claim 3, wherein when the module voltage detected in the step is less than the set reference voltage value range, the charging state of the module is checked by the following equation. SOC[%]=-88/(1+e((VM-13.902)/0.72421))+86.578SOC [%] =-88 / (1 + e ((V M -13.902) /0.72421) ) +86.578
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